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 BENEFIS
ANR 2011 VILD 001 01
CONVENTION N° ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2 : DEVELOPPEMENTS METHODOLOGIQUES VERSION FINALE Référence : CSTB/DEE/EICV/15‐001 BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Sous tâche 2.1 : Aspects énergétiques page 3 Sous tâche 2.2 : La simplification page 129 Sous tâche 2.3 : Reproductibilité page 233 Sous tâche 2.4 : Analyse des résultats page 490 Diffusion libre –565 pages
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BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques Tâche 2 : DEVELOPPEMENTS METHODOLOGIQUES SOUS TACHE 2.1 : ASPECTS ENERGETIQUES Bruno Peuportier
Alexandra Lebert
Charlotte Roux
Marine Fouquet
REDACTEURS DE CE DOCUMENT Thierry Guiot
Jacques Chevalier
Jean-Baptiste Videau
Nicoleta Schiopu
Boris Bosdevigie
REFERENCE DEE/EICV/13-097-1
DATE DE 14/01/2014
REDACTION
VERSION 1.3
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BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques 4/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques SOMMAIRE
SOMMAIRE ................................................................................................................................... 5 RESUME ET SYNTHESE DES RECOMMANDATIONS .............................................................. 7 1 ........................................................................................................................... INTRODUCTION
12 2 ............................................................................................................................... INDICATEURS
13 2.1 OBJECTIFS DES INDICATEURS EVALUANT LA PERFORMANCE ENVIRONNEMENTALE DES BATIMENTS
VIS-A-VIS DE L’UTILISATION DES RESSOURCES ENERGETIQUES ?............................................................. 13 2.2 NOTION D’ENERGIE PRIMAIRE................................................................................................... 14 2.3 ENERGIE RENOUVELABLE ET NON RENOUVELABLE ..................................................................... 16 2.4 ENERGIE MATIERE ET ENERGIE PROCEDE .................................................................................. 18 2.5 LES INDICATEURS RELATIFS AUX CONSOMMATIONS DE RESSOURCES ENERGETIQUES .................. 20 2.5.1.1. 2.5.1.2. 2.5.2.1. 2.5.2.2. 2.5.4.1. 2.5.4.2. 2.5.4.3. 2.5.4.4. 2.6 Les recommandations de la norme XP P01‐020‐03 ................................................................................ 21 Les recommandations de la norme NF EN 15978 ................................................................................... 21 PCS et PCI................................................................................................................................................ 23 Frontières de l’indicateur de Demande Cumulative d’énergie ............................................................... 24 Epuisement des ressources fossiles ........................................................................................................ 27 Epuisement des ressources biotiques .................................................................................................... 27 L’utilisation des sols ................................................................................................................................ 27 La mobilisation de ressources locales impactant l’environnement proche ............................................ 27 APPROCHE MULTICRITERE : LES INDICATEURS NON ENERGETIQUES ............................................ 27 3FRONTIERES D’ETUDE ET ASPECTS SPATIAUX RELATIFS A LA PHASE D’UTILISATION DES
BATIMENTS ................................................................................................................................ 35 3.1 3.2 3.3 3.4 DEFINITION DU PERIMETRE SPATIAL POUR LA QUANTIFICATION DES FLUX ENERGETIQUES ............. 35 COMPTABILISATION DES FLUX ENERGETIQUES UTILISES PAR LE BATIMENT ................................... 35 3.2.1.1. 3.2.1.2. 3.2.1.3. 3.2.2.1. 3.2.2.2. L’énergie importée sur la parcelle ........................................................................................................ 35 L’énergie puisée dans l’environnement local ........................................................................................ 36 L’énergie exportée .................................................................................................................................. 37 Méthode des co‐produits ....................................................................................................................... 38 Méthode des impacts évités................................................................................................................... 42 LIEN ENTRE BATIMENT ET LE RESTE DU SYSTEME ELECTRIQUE (RESEAU)..................................... 45 3.3.2.1. 3.3.2.2. 3.3.2.3. 3.3.3.1. 3.3.3.2. 3.3.3.3. 3.3.3.4. Les procédés EcoInvent existants ........................................................................................................... 47 Pertes et Coefficient de conversion Ep/Ef .............................................................................................. 49 Partir des technologies de production d’électricité ............................................................................... 49 Le mix historique de production d’électricité en France ........................................................................ 50 Echanges inter frontaliers ....................................................................................................................... 52 Désagrégation de la part Thermique Classique nationale ...................................................................... 54 En conclusion .......................................................................................................................................... 56 DEFINITION DU PERIMETRE FONCTIONNEL .................................................................................. 75 3.4.1.1. La terminologie « liés au bâti » et « non‐liés au bâti » ........................................................................... 75 3.4.1.2. La terminologie d’usages « immobilier » et « mobilier » : Une segmentation utile pour adapter les outils aux acteurs visés .............................................................................................................................................. 75 3.4.1.3. Mobilier/immobilier une segmentation imparfaite................................................................................ 78 4MODELES POUR L’EVALUATION DES CONSOMMATIONS ET DES PRODUCTIONS LOCALES
..................................................................................................................................................... 87 4.1 4.2 CHAUFFAGE ET CLIMATISATION ................................................................................................. 87 4.1.1.1. 4.1.1.2. 4.1.2.1. 4.1.2.2. 4.1.3.1. 4.1.3.2. COMFIE ................................................................................................................................................... 87 COMETH ................................................................................................................................................. 87 COMFIE ................................................................................................................................................... 88 COMETH ................................................................................................................................................. 88 EQUER .................................................................................................................................................... 89 ELODIE .................................................................................................................................................... 89 EAU CHAUDE SANITAIRE ........................................................................................................... 90 4.2.2.1. 4.2.2.2. 4.2.2.3. 4.2.2.4. Principe ................................................................................................................................................... 91 Les besoins d’ECS .................................................................................................................................... 91 Le calcul des consommations d’ECS ....................................................................................................... 92 Les Chauffe‐eau électrique ou thermodynamique ................................................................................. 93 5/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 ECLAIRAGE .............................................................................................................................. 93 VENTILATION ........................................................................................................................... 95 LES AUXILIAIRES ...................................................................................................................... 97 AUTRES USAGES ELECTRIQUES................................................................................................ 97 4.6.2.1. 4.6.2.2. Usages immobiliers non règlementés .................................................................................................... 98 Les usages mobilier de l’énergie ............................................................................................................. 99 LA PRODUCTION LOCALE D’ELECTRICITE .................................................................................. 105 INNOVATIONS ET ASPECTS PARTICULIERS ................................................................................ 112 5 ....... LES DONNEES ENVIRONNEMENTALES RELATIVES A L’UTILISATION DE L’ENERGIE
5.1 5.2 114 LES DONNEES ENVIRONNEMENTALES RELATIVES A LA MISE A DISPOSITION D’UN EQUIPEMENT.... 114 LES DONNEES ENVIRONNEMENTALES DE MISE A DISPOSITION D’UNE QUANTITE D’ENERGIE ......... 115 6 ............................................................................................................................. CONCLUSIONS
117 REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES ..................................................................................... 118 ANNEXES .................................................................................................................................. 122 ANNEXE 1: DONNEES EQUIPEMENTS ECOINVENT INCLUSES DANS EQUER ........................................ 122 ANNEXE 2 : LES PROCEDES DE LA BASE ECOINVENT UTILISES DANS EQUER ..................................... 125 6/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques RESUME ET SYNTHESE DES RECOMMANDATIONS
Une première réflexion a été menée sur les indicateurs environnementaux, correspondant aux problématiques environnementales et aux objectifs considérés dans une approche de développement durable. Les indicateurs considérés dans les outils actuels sont présentés, et quelques indicateurs complémentaires sont proposés. L’évaluation de ces indicateurs nécessite en premier lieu de bien définir les frontières du système étudié. Des propositions ont alors été élaborées en ce qui concerne par exemple l’exportation d’énergie, les liens entre les bâtiments et les réseaux, et la prise en compte des usages non réglementés. Les modèles utilisés pour cette évaluation dans les outils actuels sont ensuite décrits pour les différents usages (chauffage, rafraîchissement, eau chaude sanitaire, éclairage, ventilation, auxiliaires, ascenseurs, usages mobiliers), les productions (électricité, en particulier photovoltaïque, et chaleur) et la prise en compte de quelques innovations ou aspects particuliers (puits climatiques, mutualisation de certains usages). Un chapitre est enfin consacré aux données environnementales, concernant la mise à disposition d’équipements et d’énergie. Des recommandations sont alors proposées sur l’ensemble de ces points. Certaines font consensus, d’autres constituent encore des sujets ouverts. -
Recommandations faisant consensus
Comptabiliser l'énergie consommée sur le cycle de vie des bâtiments en termes d'énergie primaire, permet de prendre en compte différents types d'énergie distribuée (électricité, chaleur) sur une base homogène. Mais l’indicateur Energie Primaire Totale (EPT) proposé par la norme NF P01‐010, tel qu’il est calculé aujourd’hui, ne peut être considéré comme fiable, de par la complexité induite par l’indicateur d’énergie primaire renouvelable. Ce dernier, soumis à interprétations, n’est actuellement pas calculé de manière homogène et ne semble pas faire écho à la définition de l’énergie primaire « la somme 7/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques de toutes les sources d’énergie qui sont directement puisées dans les réserves naturelles » qui ne propose pas de distinction de comptabilité entre les différentes sources d’énergie. D’une manière générale, le périmètre spatial considéré pour la quantification des flux énergétiques dans la phase d’utilisation d’un bâtiment est la parcelle, l’échelle étant plus large pour l’ACV des quartiers. Nous proposons que les deux conditions ci‐dessous soient réalisées pour que le dispositif de production électrique soit pris en compte en tant que tel pour la réglementation/certification au niveau d’un bâtiment (lorsque les performances d’un bâtiment doivent pouvoir être confrontées à une échelle de référence), mais pas forcément pour l’aide à la conception (en particulier au niveau d’un quartier où l’analyse se situe à une échelle plus vaste que la parcelle) : • la connexion électrique du dispositif de production avec le réseau électrique de distribution est dans ou à la frontière de la parcelle, (cet élément est donc opposable) • il y a une connectivité électrique directe (sans connexion électrique tiers ou équipement intermédiaire) entre le point de raccordement du bâtiment et le point de raccordement du dispositif de production. Nous proposons qu’à un instant donné la part exportée par la parcelle soit calculée comme l’excès de la somme de toutes les productions dans la parcelle (qui sont effectivement utilisables) par rapport à tous les besoins. Symétriquement la part importée est le déficit de production locale par rapport à tous les besoins. La connaissance de tous les usages de l’électricité (mobiliers et immobiliers) en fonction du temps est un pré‐requis pour que ce calcul soit physique. Dans le cas de plusieurs bâtiments, on propose d’allouer la production locale au prorata de la demande de chaque bâtiment. L’exportation d’énergie peut être prise en compte par la méthode des co‐produits (le système inclut deux produits : le bâtiment et la fourniture d’énergie, les impacts globaux sont alors répartis entre ces deux produits par une procédure d’allocation) ou par la méthode des impacts évités (les impacts évités par la fourniture d’énergie, qui évite une production équivalente, sont retranchés des impacts globaux pour obtenir les impacts du bâtiment). L’exportation suppose pour sa quantification la connaissance de tous les usages de la parcelle. 8/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques L’affectation de la production aux différents usages reste à préciser. Nous proposons une affectation au prorata de la consommation de chaque usage. La variabilité temporelle des usages et de la production devra être prise en compte. Plusieurs modèles sont proposés pour évaluer les impacts liés à la consommation d’électricité, depuis une approche statique considérant un mix moyen annuel jusqu’à une approche dynamique modélisant l’évolution temporelle du mix selon différents usages. L’analyse de cycle de vie conséquentielle est proposée en perspective. La prise en compte d’usages non réglementés, en particulier mobiliers, pose certaines questions sur la cohérence entre les calculs thermiques, prenant en compte les apports de chaleur liés à ces usages, et l’ACV intégrant les impacts environnementaux liés aux consommations énergétiques et aux équipements correspondant. Différents modèles sont utilisables pour l’évaluation des consommations et des productions locales, en ce qui concerne le chauffage, le rafraîchissement, l’eau chaude sanitaire, l’éclairage, la ventilation, les auxiliaires, les usages non réglementés immobiliers et mobiliers, la production locale et le stockage d’électricité, ainsi que quelques aspects particuliers concernant les puits climatiques et la mutualisation des usages. Différentes bases de données ont été recensées en ce qui concerne les impacts environnementaux des équipements (FDES, PEP, référentiel élaboré pour le photovoltaïque, Ecoinvent) et de la mise à disposition d’énergie (DEAM, DES, Ecoinvent). -
Sujets ouverts
Les 5 indicateurs énergétiques définis dans la norme européenne EN 15978 ne font pas consensus. Pour EQUER, un indicateur unique serait plus adapté, en incluant, pour le total énergie matière + énergie procédé, l’énergie primaire non renouvelable et l’énergie renouvelable limitée en flux (dont la consommation diminue la ressource pour les autres utilisateurs). Les indicateurs énergétiques calculés sous EQUER sont exprimés en PCS (Pouvoir Calorifique Supérieur, définition physique de l’énergie maximale pouvant être tirée d’une source, incluant les combustibles mais aussi l’uranium et l’énergie potentielle de l’eau) alors que ceux calculés sous ELODIE à partir des FDES (tributaires des exigences normatives) sont exprimés en PCI (Pouvoir Calorifique Inférieur). 9/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques Le CSTB juge pertinent la définition de l’énergie matière comme de l’énergie nette consommée. Cette position revient toutefois à mettre en cause la cohérence de la définition de l’énergie primaire totale contenue dans la norme française (qui ne sera bientôt plus en vigueur). Deux approches méthodologiques existent pour prendre en compte le recyclage : la méthode des stocks et la méthode des impacts évités. Le choix d’une méthode a des conséquences sur l’évaluation du bilan en termes d’énergie. Prenons l’exemple d’un bâtiment (système A) intégrant lors de sa construction un matériau recyclé à rf%, ce matériau étant recyclé à rt% en fin de vie et incinéré à i% avec un rendement de récupération de l’énergie . Ce matériau contient une quantité d’énergie matière C. Selon l’approche suivie dans Equer (impacts évités, comptabilisé à 50% au début et 50% à la fin du cycle de vie), l’énergie matière nette sur l’ensemble du cycle de vie est, en l’absence de recyclage, C . (1 – .i). En considérant des taux de recyclage rf et rt, et en supposant que le procédé de recyclage ne modifie pas le pouvoir calorifique du matériau, il devient : C . [1 – rf/2 – rt/2 + i h (rf/2 + rt/2 – 1)] Cette approche est différente de celle retenue pour les données environnementales déclarées selon le format NF P 01‐010 qui utilise la méthode des stocks : une valorisation des déchets par ré usage, recyclage ou valorisation énergétique permet de diminuer l’indicateur déchets du système A. Le système utilisant C (la quantité d’énergie matière du matériau valorisé énergétiquement) ne se voit donc pas alourdi des impacts de production de C. C’est cette approche qui est sous‐jacente aux données FDES utilisées dans Elodie, et dans Equer si l’utilisateur choisit cette base. L’approche par impacts évités est également considérée dans Equer pour la prise en compte de l’exportation d’électricité, alors qu’Elodie est basé sur une approche par co‐produits. Les choix sont donc différents : ‐ Considérer l’énergie exportée comme un co‐produit du bâtiment : un service supplémentaire fourni au‐delà du système étudié (mais selon la norme européenne, la totalité des impacts liés aux équipements produisant cette énergie exportée doit être comptabilisée dans les impacts du bâtiment) ; ‐ Quantifier des impacts évités par la production exportée dans les résultats globaux du bâtiment. Plusieurs modèles sont proposés pour évaluer les impacts liés à la consommation d’électricité, depuis une approche statique considérant un mix moyen annuel jusqu’à une approche dynamique modélisant l’évolution temporelle du mix selon différents usages. 10/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques Dans l’approche statique, ARMINES propose un mix par défaut composé de 74% de nucléaire, 13% d’hydraulique‐ENR, 7% de thermique gaz, 5% de thermique charbon, et 1% de thermique fioul. La question du scénario énergétique à l’horizon 50 ou 100 ans reste posée. Une alternative consiste à exprimer les résultats par an, correspondant à une année proche d’aujourd’hui. L’analyse de cycle de vie conséquentielle est proposée en perspective. Le CSTB, via ELODIE propose actuellement des données statiques, basées sur l’historique, agrégées sur l’année et avec un mix figé. L’utilisateur peut enrichir sa base de données et utiliser d’autres données statiques. Le CSTB travaille sur les autres modèles mais sans les proposer encore sous ELODIE. 11/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques 1
INTRODUCTION
Objectifs Une part importante des impacts environnementaux des bâtiments est liée à l’usage de l’énergie, en particulier en ce qui concerne le réchauffement climatique, l’épuisement des ressources, les déchets et la santé. Il est donc utile de préciser comment ces aspects énergétiques sont pris en compte dans les analyses de cycle de vie. L’étude de cas menée dans le cadre d’un projet ANR précédent, COIMBA, a montré certaines limites des méthodologies et donc des outils actuels, en particulier en ce qui concerne d’une part les consommations énergétiques non prises en compte dans la réglementation, d’autre part la nécessité d’harmoniser les pratiques sur différents points comme la prise en compte des ENR et les mix énergétiques considérés. L’objectif de cette tâche du projet BENEFIS est alors de consolider les méthodologies avant de les intégrer dans les outils. Description des travaux menés Une première réflexion a été menée sur les indicateurs environnementaux, correspondant aux problématiques environnementales et aux objectifs considérés dans une approche de développement durable. Les indicateurs considérés dans les outils actuels sont présentés, et quelques indicateurs complémentaires sont proposés. L’évaluation de ces indicateurs nécessite en premier lieu de bien définir les frontières du système étudié. Des propositions ont alors été élaborées en ce qui concerne par exemple l’exportation d’énergie, les liens entre les bâtiments et les réseaux, et la prise en compte des usages non réglementés. Les modèles utilisés pour cette évaluation dans les outils actuels sont ensuite décrits pour les différents usages (chauffage, rafraîchissement, eau chaude sanitaire, éclairage, ventilation, auxiliaires, ascenseurs, usages mobiliers), les productions (électricité, en particulier photovoltaïque, et chaleur) et la prise en compte de quelques innovations ou aspects particuliers (puits climatiques, mutualisation de certains usages). Un chapitre est enfin consacré aux données environnementales, concernant la mise à disposition d’équipements et d’énergie. 12/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques Livrable Contribution au livrable de la tâche 2 : rapport méthodologique sur l’application de l’ACV aux bâtiments. Recommandations pour la définition d’un outil de calcul de l’énergie spécifique. 2
INDICATEURS
L’analyse de cycle de vie (ACV) intègre la fabrication, la maintenance et la fin de vie des systèmes mis en œuvre, cependant les frontières exactes du système considéré et les indicateurs retenus pour l’analyser dépendent des objectifs de l’étude. L’ACV doit être un outil pour l’éco‐conception mais un autre objectif possible d’une ACV est d’évaluer le bâtiment dans un but de certification, d’étiquetage ou de vérification d’une contrainte réglementaire. L’ACV doit ainsi proposer des indicateurs fiables et pertinents permettant de soutenir ces deux buts de l’ACV. 2.1 OBJECTIFS DES INDICATEURS EVALUANT LA PERFORMANCE
ENVIRONNEMENTALE DES BATIMENTS VIS-A-VIS DE L’UTILISATION
DES RESSOURCES ENERGETIQUES ?
Des indicateurs pour évaluer quels objets ? Les frontières du système doivent correspondre à l’objet évalué : soit le bâtiment lui‐même, soit un système « bâtiment + l’usage qui en est fait ». Le choix des flux considérés pour le calcul de l’indicateur doit être cohérent avec cet objet. Cet aspect sera traité dans la suite de ce document. Des indicateurs défendant quels objectifs ? En fonction des objectifs politiques (e.g. objectifs Grenelle), ceux de l’évaluation et de l’objet évalué, les problématiques méthodologiques doivent être identifiées et des règles proposées. Par exemple : -
L’action de s’approvisionner auprès d’une coopérative ENR doit‐elle pouvoir compenser une performance médiocre du bâti dans le bilan environnemental ? Prendre en compte les impacts évités par la production exportée n’est‐il pas problématique dans une optique de certification, car cela revient à compenser par exemple un faible niveau d’isolation, (qui va perdurer sur une durée de vie importante, par la production d’un système photovoltaïque ou éolien sans doute moins pérenne) ? Ces questions conditionnent la définition et la pertinence des indicateurs à évaluer. 13/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques Les indicateurs doivent être le reflet de problématiques identifiées telles que la préservation des matières premières, la protection du climat, etc. Ainsi, que doivent représenter les indicateurs énergétiques au sein du profil environnemental du bâtiment ? -
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Doivent‐ils être des marqueurs de flux ? Et ainsi représenter ce qui a été prélevé ou mobilisé dans la nature sans distinction d’usage ni de nature de flux ? Doivent‐ils être le reflet de l’épuisement des ressources ? Mais faut‐il alors intégrer toutes les énergies renouvelables, sans distinction du caractère épuisable ou non de celles‐ci dans le bilan ? Utiliser du bois énergie par exemple réduit la ressource pour les autres utilisateurs alors que consommer l’électricité produite par un capteur photovoltaïque n’a pas d’incidence sur la disponibilité de la ressource. Peut‐être conviendrait‐il alors d’intégrer dans l’indicateur la consommation de ressources renouvelables importées (bois énergie, géothermie en réseau, électricité renouvelable produite hors des frontières du système étudié), mais pas la consommation d’électricité ou de chaleur renouvelable produite à l’intérieur du système. Doivent‐ils être des indicateurs « d’aide à la décision ou politiques » ? L’indicateur énergétique réglementaire Le postulat des calculs énergétiques (notamment ceux de la RT2012) est de considérer l’énergie renouvelable valorisée localement uniquement comme un facteur de la diminution de la demande en énergie finale importée. L’énergie valorisée n’étant alors pas prise en compte dans le Cep, mais est incluse dans l’indicateur Aepenr. Par contre, l’indicateur de consommation énergétique selon la RT2012 inclut tous les flux d’énergie importés sur la parcelle, qu’ils soient d’origine renouvelable ou non. Les relations entre ces indicateurs réglementaires et les indicateurs ACV seront traités dans la suite de ce document. 2.2 NOTION D’ENERGIE PRIMAIRE
Pour mémoire : -
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Les besoins d’un bâtiment en énergie sont généralement quantifiés en tant qu’énergie « utile ». Lorsque l’on associe un système pour fournir cette énergie, l’énergie utilisée en entrée du système est quantifiée en tant qu’énergie « finale », elle comprend alors l’énergie « utile » et les pertes dues au rendement du système. Puis, lorsque l’on décompte l’ensemble de l’énergie nécessaire pour transporter et fabriquer le vecteur énergétique on parle d’énergie primaire. 14/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques Comptabiliser l'énergie consommée sur le cycle de vie des bâtiments en termes d'énergie primaire, permet de prendre en compte différents types d'énergie distribuée (électricité, chaleur) sur une base homogène. Le passage d’une quantité d’énergie finale à une quantité d’énergie primaire permet la comptabilisation de la mobilisation de ressources énergétiques, selon une approche cycle de vie, lors des processus suivants : ‐
‐
l’extraction des ressources énergétiques; la transformation des ressources énergétiques en produit transportable et directement utilisable pour le bâtiment (vecteur énergétique ou « produit énergétique ») ; ‐ l’acheminement et à la distribution du produit énergétique (énergie utilisée par les moyens de transport ou énergie perdue lors du transport); Par exemple, la production d'un kWh électrique nécessite l'extraction d'une certaine quantité d'uranium, de pétrole, de gaz, et la mise à disposition d'énergie hydraulique. Ces différentes quantités sont ensuite traduites en énergie primaire. La norme NP F 01‐010 utilise cette notion d’énergie primaire pour définir un indicateur énergétique nommé Energie primaire totale (EPT) auquel la définition suivante est donnée: "Elle représente la somme de toutes les sources d’énergie qui sont directement puisées dans les réserves naturelles telles que le gaz naturel, le pétrole, le charbon, le minerai d’uranium, la biomasse, l’énergie hydraulique, le soleil, le vent, la géothermie » Nous verrons, au cours des paragraphes suivants que cette définition soulève de nombreuses questions. L’énergie primaire peut‐être exprimée en PCI ou PCS. Le PCS représente la totalité de l’énergie thermique libérée par la combustion d’une unité de combustible. En plus de la chaleur de combustion, ou chaleur sensible, il intègre la chaleur latente qui peut être récupérée au niveau des fumées d’une chaudière par exemple, contrairement au PCI qui ne considère que la chaleur sensible. La distinction entre PCI et PCS n'a a priori de sens que pour les combustibles proprement dits (gaz, fuel, charbon…). Par extension, le PCS est alors considéré comme l’énergie maximale techniquement récupérable à partir d’un combustible, cette notion pouvant ensuite s’appliquer non seulement au gaz, fuel, charbon, bois etc., mais aussi à l’uranium. Les indicateurs énergétiques calculés sous EQUER sont exprimés en PCS alors que ceux calculés sous ELODIE sont exprimés en PCI. 15/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques 2.3 ENERGIE RENOUVELABLE ET NON RENOUVELABLE
La norme française sur les déclarations environnementale et sanitaire des produits de construction NF P01‐010 fournit la relation suivante: Énergie primaire totale = énergie non renouvelable + énergie renouvelable. L’indicateur Energie Primaire totale comporte donc deux sous‐indicateurs dont il représente lui‐
même la somme. Une ressource renouvelable est définie dans la norme [ISO 21930:2007] (repris par la norme [EN 15804]) comme « une ressource qui s’accroît, peut être remplacée ou dépolluée de manière naturelle dans une échelle de temps humaine. Une ressource renouvelable peut potentiellement s'épuiser, mais peut durer indéfiniment si elle est bien gérée. Exemples : les arbres dans les forêts, l'herbe dans les pâturages, les sols fertiles.». Cette définition laisse une large possibilité pour l’interprétation de ce qu’est une ressource renouvelable ou non renouvelable (ex : les déchets ménagers sont‐ils une ressource d’énergie renouvelable) d’autre part, le qualificatif renouvelable d’une ressource peut éluder son caractère épuisable. Différentes sources d’énergie renouvelable peuvent être valorisées dans les bâtiments, en particulier : -
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Les apports solaires passifs captés par les baies, murs solaires, espaces capteurs (vérandas, double peau…), qui réduisent les besoins de chauffage et augmentent les besoins de refroidissement, L’éclairage naturel apporté par les baies, étagères de lumière, clerestories, puits de lumière etc., qui diminue la consommation liée à l’éclairage artificiel, La production solaire thermique (capteurs à eau ou à air), qui contribue à la production d’eau chaude sanitaire, et éventuellement au chauffage, à la climatisation (systèmes par absorption, dessiccation etc.), à la cuisson (cuiseurs de type boîte ou à concentration), L’utilisation de la biomasse (bois énergie, paille, biocarburants…) pour le chauffage, l’eau chaude sanitaire, voire la production d’électricité (micro‐cogénération), Le captage de chaleur géothermique pour le chauffage et l’eau chaude sanitaire, qui bien que n’étant pas renouvelable sur la même échelle de temps que les énergies d’origine solaire, peut être considéré dans cette liste, La production d’électricité par des systèmes photovoltaïques intégrés au bâti, sur la parcelle ou mutualisés, L’énergie éolienne fournie par des machines intégrées au bâti, sur la parcelle, dans le quartier ou dans le cadre d’une coopérative, 16/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques -
La production d’électricité par micro‐hydraulique, La part d’énergie renouvelable qui a permis de produire l’électricité fournie par le réseau (ex. hydraulique, PV, etc..). L’utilisation de certaines de ces sources dans un bâtiment réduit la ressource pour d’autres utilisateurs : c’est le cas par exemple du bois énergie. Par contre, valoriser l’énergie solaire par des capteurs intégrés au bâti ne réduit pas la ressource collective. Il n’est donc pas forcément pertinent de distinguer entre énergie renouvelable et non renouvelable. Une autre distinction entre les vecteurs énergétique peut être faite : les ressources énergétiques utilisées sont‐elles rendues inexploitables par d’autres une fois utilisées ? Par exemple, les combustibles issus de la biomasse sont considérés comme une ressource renouvelable mais pas inépuisables à l’échelle d’un territoire donné, ils mobilisent d’autre part une ressource qui n’est plus utilisable pour un autre usage. Il en est de même pour l’hydraulique qui peut conduire à mobiliser une surface importante et créer une pression sur la biodiversité… L’énergie produite sur la parcelle doit‐elle être considérée dans certains cas comme une énergie « gratuite » car ne mobilisant pas une ressource utilisable pour d’autres usages (ex. solaire thermique et PV intégré sur le toit…) ? Alors que, dans le cas de l’utilisation d’une pompe à chaleur géothermique puisant l’énergie dans le sol à une faible profondeur ou bien dans une nappe, la mobilisation de la ressource peut impliquer un impact dû au caractère « épuisable » ou moins rapidement renouvelable. Par ailleurs, la dimension spatiale des flux doit être interrogée : doit‐on comptabiliser de manière différente de l’énergie photovoltaïque produite sur site de celle produite hors frontières physiques du site mais toutes deux utilisées par le même bâtiment ? Enfin, le passage de l’énergie finale à l’énergie primaire ne semble pas conserver un jeu de conventions identiques (frontières et facteurs de conversion) d’une énergie à l’autre. Par exemple, pour l’hydro‐électricité, l’indicateur correspond à l’énergie potentielle de l’eau, le facteur de conversion entre énergie primaire et finale incluant alors le rendement des turbines. Les rendements sont plus faibles pour les filières éoliennes et photovoltaïques : si les consommations correspondantes doivent être incluses dans le bilan, l’indicateur sera potentiellement très élevé (le rendement de certains modules PV peut n’être que de quelques %). Intégrer ces consommations dans le bilan peut poser un problème de cohérence avec la prise en compte d’autres ressources solaires consommées dans les bâtiments. 17/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques Par exemple les apports solaires passifs ne sont pas comptabilisés en énergie primaire selon le rendement de leur valorisation : ils sont pris en compte par la réduction des besoins de chauffage et d’éclairage. Il en est de même pour le solaire thermique, qui réduit la consommation énergétique liée à la production d’eau chaude sanitaire par exemple. Ainsi, l’indicateur Energie Primaire Totale (EPT) proposé par la norme NF P01‐010, tel qu’il est calculé aujourd’hui, ne peut être considéré comme fiable, de par la complexité induite par l’indicateur d’énergie primaire renouvelable. Ce dernier, soumis à interprétations, n’est actuellement pas calculé de manière homogène et ne semble pas faire échos à la définition de l’énergie primaire « la somme de toutes les sources d’énergie qui sont directement puisées dans les réserves naturelles » qui ne propose pas de distinction de comptabilité entre les différentes sources d’énergie. Les 5 indicateurs énergétiques définis dans la norme européenne EN 15978 ne font pas consensus. Pour EQUER, un indicateur unique serait plus adapté, en incluant, pour le total énergie matière + énergie procédé, l’énergie primaire non renouvelable et l’énergie renouvelable limitée en flux (dont la consommation diminue la ressource pour les autres utilisateurs) 2.4 ENERGIE MATIERE ET ENERGIE PROCEDE
A l’échelle des produits ou matériaux, une distinction est faite entre une énergie immobilisée dans les matériaux, appelée énergie « matière » et une énergie utilisée par les procédés inclus dans l’ensemble des phases du cycle de vie du produit considéré, appelée énergie « procédé ». L’énergie primaire totale, divisée en énergie non renouvelable et énergie renouvelable d’une part est également distinguée en deux autres composantes conventionnelles qui sont l’énergie procédé et énergie matière d’autre part. C’est la norme française sur les déclarations environnementale et sanitaire des produits de construction NF P01‐010 qui fournit les relations et définitions suivantes : L’équation suivante illustre cette définition : Énergie primaire totale = énergie non renouvelable + énergie renouvelable. = énergie procédé + énergie matière. 18/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques Énergie matière Elle correspond à la part de l’énergie primaire contenue dans les matériaux non utilisés comme combustibles entrant dans le système. Cette quantité d’énergie (pouvoir calorifique inférieur ou supérieur) peut être récupérée en fin de vie si les filières de collecte et de valorisation existent. Énergie procédé Apport d’énergie nécessaire dans un processus élémentaire pour mettre en œuvre le processus ou faire fonctionner l’équipement correspondant, à l’exclusion des entrants énergétiques de production et de livraison de cette énergie.[ISO 14041]. La distinction entre énergie utilisée et énergie immobilisée n’existe pas dans les calculs thermiques car l’énergie quantifiée pour les usages énergétiques (règlementaires et spécifiques à l’activité des bâtiments en phase opérationnelle) est uniquement une énergie « procédé ». La biomasse entrant comme combustible (même sous forme matière) est comptabilisée comme de l’énergie procédé. Sur la phase d’utilisation du bâtiment (module B6 selon EN15978) et sur l’usage des résultats des calculs de consommation du bâtiment, les notions d’énergie matière et d’énergie procédée n’interviennent pas. Au regard des pratiques actuelles, il existe deux interprétations de ces indicateurs énergie matière et énergie procédé : -
-
Soit l’énergie matière est comprise comme la somme des flux de matière entrants dans le système (n’ayant pas vocation à servir de combustible) pondérée par les pouvoirs calorifiques de ces matières. Soit l’énergie matière est une fraction seulement de cette énergie, soit la mesure de l’énergie nette captée par le système et non réutilisable par d’autres systèmes au‐delà. Selon cette seconde interprétation, l’énergie matière comptabilisée est celle « dissipée » par le système : celle qui ne peu plus être techniquement valorisée en sortie du système. (L’énergie matière entrante utilisée comme combustible est comptée comme énergie procédé). o Par exemple, si une poutre en bois est brulée (sans récupération d’énergie), alors cette énergie matière est perdue pour tous et donc comptabilisée dans le bilan. Si la même poutre est recyclée (réusage ou comme MPS), alors l’énergie matière étant transférée au système « suivant », celle‐ci n’est pas affectée au bilan du système considéré. L’interprétation de ce que couvre l’énergie matière influence la définition de l’énergie primaire totale : marqueur de flux ou énergie nette utilisée ? Si l’énergie matière (et donc l’énergie totale) est 19/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques la mesure de l’énergie nette captée, alors, l’énergie primaire totale n’est alors plus celle définie par la norme NF P01‐010. Le CSTB juge pertinent la définition de l’énergie matière comme de l’énergie nette consommée par un système. Cette position revient toutefois à mettre en cause la cohérence de la définition actuelle de l’énergie primaire totale contenue dans la norme française (qui ne sera bientôt plus en vigueur). Deux approches méthodologiques existent pour prendre en compte le recyclage : la méthode des stocks et la méthode des impacts évités. Le choix d’une méthode a des conséquences sur l’évaluation du bilan en termes d’énergie. Prenons l’exemple d’un bâtiment (système A) intégrant lors de sa construction un matériau recyclé à rf%, ce matériau étant recyclé à rt% en fin de vie et incinéré à i% avec un rendement de récupération de l’énergie . Ce matériau contient une quantité d’énergie matière C. Selon l’approche suivie dans Equer (impacts évités, comptabilisé à 50% au début et 50% à la fin du cycle de vie), l’énergie matière nette sur l’ensemble du cycle de vie est, en l’absence de recyclage, C . (1 – .i). En considérant des taux de recyclage rf et rt, et en supposant que le procédé de recyclage ne modifie pas le pouvoir calorifique du matériau, il devient : C . [1 – rf/2 – rt/2 + i h (rf/2 + rt/2 – 1)] Cette approche est différente de celle retenue pour les données environnementales déclarées selon le format NF P 01‐010 qui utilise la méthode des stocks : la valorisation de l’énergie matière permet seulement de diminuer l’indicateur déchets du système A. Les bénéfices de l’usage de C sont affectés au système utilisant celle‐ci. C’est cette approche qui est sous‐jacente aux données FDES utilisées dans Elodie, et dans Equer si l’utilisateur choisit cette base. 2.5 LES
INDICATEURS
RELATIFS
RESSOURCES ENERGETIQUES
AUX
CONSOMMATIONS
DE
Les indicateurs selon les normes sur la performance environnementale des bâtiments La norme actuellement en vigueur en France est la NF EN 15978 [3] qui s’est récemment substituée à la XP P01‐020‐03 [2]. Les deux références normatives sont abordées dans la suite du document afin de développer une compréhension l’évolution des exigences normatives. Le logiciel ELODIE s’appuie sur les exigences normatives européennes et/ou françaises. 20/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques Le logiciel EQUER permet d’évaluer certains indicateurs de la norme européenne mais aussi d’autres, en particulier sur les aspects de santé et de biodiversité. La possibilité d’évaluer les indicateurs de la norme européenne est à l’étude, ainsi que l’évaluation d’indicateurs recommandés par l’Institut de l’environnement de la Commission Européenne1. 2.5.1.1. Les recommandations de la norme XP P01-020-03
La norme française est encore celle utilisée actuellement par le logiciel ELODIE pour définir et calculer les indicateurs environnementaux à l’échelle du bâtiment. Concernant la consommation de ressources énergétiques, les indicateurs calculés sont : -
La consommation d’énergie primaire totale (kWhep, PCI) La consommation de ressources énergétiques non renouvelables (kWep, PCI) La consommation de ressources énergétiques renouvelables (« information complémentaire non considérée comme indicateur mais jugée utile au décideur »). 2.5.1.2. Les recommandations de la norme NF EN 15978
La norme européenne recommande le calcul des indicateurs relatifs à l’utilisation de
ressources énergétiques suivants :
Tableau 1 : EN 15978, liste des indicateurs environnementaux ayant trait à l'énergie
Indicateurs
« décrivant
les
impacts
environnementaux »
Potentiel de dégradation abiotique des ressources
pour les éléments (ADP_éléments)
kg éq. Sb
Potentiel
de
dégradation
abiotique
des
combustibles fossiles (ADP-combustible fossiles)
MJ, PCI
Utilisation de l’énergie primaire renouvelable à l’exclusion des ressources MJ, PCI d’énergies employées en tant que matière première Indicateurs
« décrivant l’utilisation
des ressources »
Utilisation de ressources énergétiques primaires renouvelables employées MJ, PCI en tant que matière première Utilisation de l’énergie primaire non renouvelable à l’exclusion MJ, PCI des ressources d’énergie primaire employées en tant que matière première 1
European Commission-Joint Research Centre - Institute for Environment and Sustainability:
International Reference Life Cycle Data System (ILCD) Handbook- Recommendations for Life Cycle
Impact Assessment in the European context, Luxemburg. Publications Office of the European Union;
November 2011
21/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques Utilisation de ressources énergétiques primaires non renouvelables MJ, PCI employées en tant que matière première Indicateurs
« décrivant les flux
sortants du système »
Utilisation de combustibles secondaires renouvelables MJ Utilisation de combustibles secondaires non renouvelables MJ Energie fournie à l’extérieur MJ pour chaque vecteur énergétique L’indicateur « Energie Primaire Totale » présent dans la norme française disparaît et l’« Energie fournie à l’extérieur » apparait et permet de compter une production d’énergie sur le site. Par exemple, de l’électricité photovoltaïque non autoconsommée exportée sur le réseau électrique peut être comptabilisée ici. De la même façon, de l’énergie sous forme de chaleur fournie à un réseau de chaleur peut également être comptée via cet indicateur. Que l’on soit à l’échelle produit ou bien à l’échelle bâtiment, l’application des normes européennes sur la performance environnementale des bâtiments requiert un niveau de détail supplémentaire dans la description et la déclinaison des indicateurs ayant trait à l’utilisation et à l’épuisement des ressources énergétiques. Ainsi, les indicateurs d’utilisation des ressources énergétiques doivent obligatoirement être déclinés selon le type de ressource mobilisé : ‐
‐
Renouvelable ;
Non renouvelable ;
Et selon la forme sous laquelle ces ressources sont mobilisées : -
En tant que combustible ;
En tant qu’énergie potentiellement valorisable stockée dans les matériaux.
La norme recommande, d’autre part, de renseigner les quantités de matière (relatives aux fins de vie des produits et bâtiment) redirigées pour: -
La valorisation matière et La valorisation énergétique en sortie du système (spécifiées en kg). 22/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques Ces quantités permettent d’avoir une information supplémentaire sur la matière réutilisée pour un produit aval. Elles sont donc défalquées des déchets éliminés, traduites par le jeu d’indicateurs sur la production de déchets (dangereux, non dangereux, etc.). Ces flux ne sont pas ensuite traduits comme des impacts évités pour le bâtiment évalué : c’est le système aval qui profite des éventuels impacts évités par cette valorisation matière ou énergétique. Ces indicateurs issus d’une approche ACV ne différencient pas l’énergie selon la provenance de celle‐
ci ou selon le fait qu’elle soit produite, valorisée ou mobilisée sur la parcelle du bâtiment ou bien qu’elle soit importée. Ils représentent la somme pour l’ensemble des contributeurs de chacun des types de flux énergétiques considérés quel que soit l’endroit de valorisation et l’endroit de l’extraction. Indicateur utilisé dans EQUER : Demande Cumulative d’énergie Cet indicateur vise à examiner l’utilisation d’énergie tout au long du cycle de vie d’un produit ou d’un service. Il inclut l’utilisation directe d’énergie et l’énergie « grise » 2. 2.5.2.1. PCS et PCI
La demande cumulative d’énergie peut être calculée en utilisant le pouvoir calorifique supérieur (PCS) ou le pouvoir calorifique inférieur (PCI). (cf. 2.2) Suivant la définition du PCS, le calcul de la demande cumulative d’énergie pour le nucléaire est effectué dans EcoInvent en considérant la meilleure utilisation possible de l’énergie extractible de l’uranium naturel parmi les cycles nucléaires analysés dans EcoInvent (réacteur à air pressurisé, et un cycle à 15% de MOX). L’énergie contenue dans l’uranium appauvri, considérée comme non récupérable est donc exclue. La base EcoInvent considère une énergie primaire équivalente à l'énergie potentielle de l'eau pour l'hydroélectricité, en PCS aussi bien qu'en PCI. Tableau 2 : PCI et PCS pour différentes ressources prises en compte par l’indicateur de
Demande Cumulative en Energie
INDICATEUR DE CONSOMMATION D'ÉNERGIE PRIMAIRE Ressource Unit
é PCI (MJ/Unité) PCS (MJ/Unité) Gaz de pétrole Nm3 40,9 45 Gaz naturel Nm3 35 38,3 Gaz de mine kg 35,9 39,8 Pétrole brut t 42600 45800 Lignite kg 8 9,5 2
L’énergie grise est la quantité d’énergie qui est consommée pour produire les matériaux et composants
de construction, les transporter, les entretenir et les traiter en fin de vie
23/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques Charbon dur kg 18 19 Uranium naturel (contenu dans l'hexafluorure kg 460000 560000 Energie potentielle de l'eau TJ 1000000 1000000 Bois dans forêt (sec) t 18500 20300 La notion d’énergie maximale techniquement récupérable, représentée par le PCS permet ainsi d’évaluer toutes les énergies sur une base cohérente. Les auteurs d’EcoInvent ont donc fait ce choix pour le calcul de la demande cumulative d’énergie. Ce choix a été repris dans EQUER. L’indicateur énergétique retenu par EQUER est exprimé en PCS alors que l’indicateur d’énergie primaire totale affiché par ELODIE est exprimé en PCI. 2.5.2.2. Frontières de l’indicateur de Demande Cumulative d’énergie
Comme il existe différentes approches pour le calcul de cet indicateur, les créateurs de la base de données EcoInvent ont conservé huit composantes non directement agrégées, afin de laisser la possibilité à l’utilisateur de trancher sur les paramètres à inclure : -
Source d’énergie non renouvelable, fossile Source d’énergie non renouvelable, nucléaire Source d’énergie non renouvelable, forêt primaire Source d’énergie renouvelable, biomasse Source d’énergie renouvelable, éolienne Source d’énergie renouvelable, solaire Source d’énergie renouvelable, géothermie Source d’énergie renouvelable, hydraulique Pour le calcul de l’indicateur dans EQUER, nous avons choisi de ne pas faire de distinction entre énergie renouvelable et non renouvelable, mais retenu le principe de comptabiliser la mobilisation de ressources énergétiques limitées pour la collectivité, qu’elles soient renouvelables ou non. Cela inclut ainsi : -
-
Les ressources non renouvelables, telles que les hydrocarbures ou l’uranium. L’utilisation d’une énergie de réseau (électricité, gaz), qui limite l’accès à la ressource des autres utilisateurs raccordés. o Exemple : la part d’électricité hydraulique ou éolienne venant du réseau et consommée sur la parcelle ne peut plus être utilisée par d’autres : elle est mobilisée par le bâtiment et donc considérée comme une ressource limitée. L’énergie délivrée par le réseau est limitée en puissance. Les énergies renouvelables comme le bois et la géothermie, qui sont également limitées : le bois est une ressource biotique épuisable dont l’accès se limite avec une demande croissante. Le captage par sondes géothermiques, sur nappe ou en champs, restreint l’accès 24/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques à la ressource dans un périmètre donné autour des forages, et comporte un risque d’épuisement : il y a donc également un phénomène de limitation de la ressource avec une demande croissante. Ainsi, la consommation d’une énergie produite sur la parcelle du bâtiment, basée sur des flux non limités en utilisation comme le solaire, l’éolien, l’aérothermie ne restreint pas l’accès des autres utilisateurs à la ressource : elle n’est donc pas comptabilisée dans l’indicateur. Si le constructeur du bâtiment installe des panneaux solaires (dont l’énergie de production est par ailleurs comptabilisée), l’énergie ensuite produite par les panneaux et consommée par le bâtiment n’a aucune incidence sur l’extérieur de la parcelle. Tableau 3 : liste des types d’énergie inclus ou non dans l’indicateur Demande Cumulative en
Energie
Type énergie Inclus ou non dans l’indicateur EQUER Energie non renouvelable (fossile, nucléaire, forêt primaire, métaux, minéraux) OUI Energie hydraulique, réseau OUI Energie biomasse OUI Energie géothermique de réseau (nappe ou sonde) OUI Energie géothermique locale individuelle NON Energie solaire, réseau OUI Energie solaire, locale NON Energie éolienne, réseau OUI Energie éolienne, locale NON Energie combustion déchets OUI La demande cumulative en énergie comptabilise la mobilisation des ressources énergétiques considérées comme limitées, provenant de l’extérieur de la parcelle. 25/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques Les indicateurs énergétiques utilisés dans les calculs thermiques réglementaires Les résultats des calculs règlementaires issus de la méthode Th‐BCE présentent : -
-
Les consommations (de chauffage, refroidissement, ECS, éclairage, ventilation, distribution) et les productions (PV, cogénération) d’énergie primaire au travers de l’indicateur Cep, calculé en énergie primaire Une estimation de l’énergie renouvelable totale utilisée au travers de l’indicateur réglementaire Aepenr (obligatoire seulement pour les maisons individuelles). Le schéma ci‐dessous présente les principes utilisés pour calculer les indicateurs Cep et Aepenr de la méthode Th‐BCE : Figure 1: Schéma de représentation du périmètre de calcul des indicateurs énergie Cep et
Aepenr selon la méthode Th-BCE
Proposition d’un jeu synthétique d’indicateurs mesurant la mobilisation de ressources énergétiques Si les indicateurs énergétiques (par exemple les sorties des calculs RT) informent sur la qualité bioclimatique d’un bâtiment et sa performance énergétique en phase d’utilisation (performance de l’enveloppe : Bbio ; performance de l’ensemble « bâtiment + vecteurs énergétiques » : Cep), les indicateurs ACV permettent de quantifier les performances énergétiques du bâtiment sur l’ensemble du cycle de vie, et d’étendre l’évaluation à d’autres problématiques environnementales comme l’épuisement des ressources, le réchauffement climatique, etc. En ce qui concerne l’épuisement des ressources, il est possible, à l’intention des décideurs sensibilisés à cette thématique, de distinguer : -
L’épuisement des ressources abiotiques (combustibles fossiles) ; L’épuisement des ressources biotiques ; 26/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques -
L’utilisation des sols; La mobilisation d’une ressource énergétique locale qui devient non utilisable (ou bien impactante) pour l’environnement local proche (ex : masque solaire, utilisation ressources thermique du sol, d’une nappe etc.). 2.5.4.1. Epuisement des ressources fossiles
L’indicateur représente le potentiel d’épuisement des ressources fossiles (abiotiques) ADP –
combustible fossile défini par la norme EN 15804. Pour l’uranium, il convient de se référer à la méthode CML, version 4.1 (octobre 2012), qui indique les valeurs considérées pour les réserves et la production annuelle, ainsi que le facteur de caractérisation correspondant. 2.5.4.2. Epuisement des ressources biotiques
Il n’existe pas d’indicateurs dans les normes environnementales actuelles permettant de quantifier l’épuisement des ressources biotiques, telles que le bois ou les produits agricoles. Cet indicateur permettrait de refléter l’utilisation de la biomasse en prenant notamment en compte le taux de renouvellement du stock. Ce sujet ne pourra être traité dans le cadre de BENEFIS mais le sujet doit être lancé par ailleurs. 2.5.4.3. L’utilisation des sols
L’indicateur d’utilisation des sols peut refléter différents aspects tels que : -
-
La transformation du sol (qui entraîne une perte de fonctions écologiques : régulation des écoulements, réservoir et support de biodiversité, capacité de capter du CO2 par la croissance des végétaux, etc.) ; L’occupation du sol en terme de surface ; Un indicateur d’utilisation des sols « land use » incluant à la fois l’occupation et la transformation du sol existe dans certaines bases de données ACV génériques tels qu’Ecoinvent. 2.5.4.4. La
mobilisation
de
ressources
locales
impactant
l’environnement proche
La mobilisation d’une ressource énergétique locale par un bâtiment peut se faire au détriment d’utilisateurs situés à proximité de celui‐ci, il conviendrait peut‐être de définir en quoi et comment la valorisation d’énergie renouvelable puisée sur le site constitue un ‘manque’ pour l’environnement proche (avec quelles frontières). Par exemple, cet indicateur pourrait être défini sur la base des ombres portées sur d’autres bâtiments voire sur une parcelle attenante, la mobilisation de ressources thermiques du sol, etc. 2.6 APPROCHE MULTICRITERE : LES INDICATEURS NON ENERGETIQUES
La consommation d’énergie n’est qu’une facette reflétant une partie des impacts environnementaux d’un bâtiment. Si sa présence est pertinente dans une analyse environnementale ce n’est pas le seul critère de choix et son importance doit être équilibrée avec d’autres critères, comme les impacts sur la santé humaine ou sur la biosphère. 27/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques Les approches mono‐critères présentent le risque de remplacer un problème environnemental par un autre : par exemple la préservation de la couche d’ozone a conduit à sélectionner de nouveaux fluides frigorigènes contribuant à l’effet de serre ; la focalisation actuelle sur les émissions de carbone risque de déplacer les problèmes vers de nouvelles préoccupations environnementales et sanitaires. L’appropriation des critères de performance par les acteurs peut être facilitée par l’explicitation des objectifs qui les sous‐tendent. 28/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques Tableau 4 Exemple de grille d’objectifs
Dimensions Buts Objectifs 1 Préserver les matières premières 2 Economiser l’énergie 1 Préserver les ressources
3 Economiser l’eau 4 Maîtriser l’usage du sol 1 Limiter les émissions toxiques 2 Protéger le climat 3 Protéger la faune et la flore 1 Écologique
4 Protéger les rivières et les lacs 2 Protéger les écosystèmes
5 Améliorer la qualité de l’air extérieur 6 Réduire les déchets 7 Réduire les déchets radioactifs 8 Préserver la couche d’ozone (9 Limiter les risques liés aux inondations) Il s’agit ensuite de définir des indicateurs permettant d’évaluer à quel niveau un projet répond à ces différents objectifs. La consommation d’énergie dans les bâtiments, si elle peut être immédiatement rapprochée de l’objectif d’économie d’énergie va également participer à l’ensemble des autres objectifs (matières premières, climat, émissions toxiques, etc.) A la grille d’objectifs de développement durable peut correspondre un ensemble d’indicateurs permettant l’évaluation d’un projet et la recherche d’améliorations. ELODIE Les tableaux suivants présentent les indicateurs calculés dans la version actuelle du logiciel ELODIE (V1) fin 2012. Des travaux sont en cours afin de permettre le calcul des indicateurs recommandés par la norme EN 15978. 29/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques Les indicateurs calculés et non calculés selon la norme européenne et le logiciel ELODIE sont repérés par le code couleur suivant : Disponible Non calculé Impacts environnementaux Tableau 5 : Liste des indicateurs environnementaux de la EN 15978 et ceux calculés par
ELODIE fin 2012
Indicateur d’impact environnemental
Unité
EN 15978
Elodie (V1) Changement climatique kg eq. CO2
Acidification atmosphérique kg eq. SO2
Acidification des sols et de l'eau mole eq. H+
Pollution de l'air m3 d'air Pollution de l'eau m3 d'eau Destruction de la couche d'ozone stratosphérique kg eq. CFC‐11 Formation d'ozone photochimique kg eq. éthylène
Eutrophisation kg eq. PO43‐
Epuisement des ressources ‐
kg eq. Antimoine Epuisement éléments des ressources Epuisement total kg eq. Antimoine
Epuisement des ressources ‐
MJ combustibles fossiles 30/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques Indicateur d’impact environnemental Unité EN 15978 Energie primaire totale
Elodie (V1) MJ
Procédé
MJ
Matière
MJ
Totale
MJ
Procédé
MJ
Matière
MJ
Totale
MJ
Energie renouvelable Consommation de ressources énergétiques Energie non renouvelable Energie procédé total
MJ
Energie matière total
MJ
Utilisation matière secondaire Utilisation énergie secondaire kg
Utilisation de combustibles secondaires non renouvelables MJ Utilisation de combustibles secondaires renouvelables MJ Energie récupérée totale
MJ
Utilisation des ressources Potable
Consommation Consommation d'eau m3
Non potable m3
Totale
L
de ressources Non renouvelables épuisables
kg
non énergétiques Non renouvelables non épuisables kg
Renouvelables kg
Consommation de foncier m2
Biodiversité ‐
31/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques Indicateur d’impact environnemental Déchets valorisés total Unité pr EN 15978 Elodie (V1) kg
Composants destinés au recyclage kg
Flux sortants du système Composants destinés à la réutilisation Déchets Matière récupérée total valorisés kg kg
Matériaux destinés à la récupération d'énergie kg Energie fournie à l'extérieur
MJ
Energie récupérée total MJ
Déchets dangereux kg
Déchets non dangereux kg
Déchets inertes kg
Déchets radioactifs kg
Catégories de déchets Déchets solides éliminés EQUER Le tableau suivant donne les indicateurs environnementaux considérés dans l’outil EQUER développé dans les années 90 [Polster, 1995] et actualisé par la suite [Peuportier, 2008]. 32/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques Tableau 6 : Liste des indicateurs environnementaux considérés dans l’outil EQUER
Unité
Indicateur environnemental Référence Demande cumulative d’énergie GJ [PCS]
[Frischknecht, 2007] Eau utilisée m3
[Frischknecht, 2007] Epuisement des ressources abiotiques Kg antimoine eq. [Guinee, 2001] Déchets produits t
[Frischknecht, 2007] Déchets radioactifs dm3
[Frischknecht, 2007] Effet de serre (100 ans) t CO2 eq.
[Forster, 2007] Acidification kg SO2 eq.
[Guinee, 2001] Eutrophisation kgPO43‐ eq.
[Guinee, 2001] Dommage à la biodiversité
PDF*m2.an
[Goedkoop, 2001] Dommage à la santé DALY
[Goedkoop, 2001] Production d’ozone photochimique kg C2H4 eq.
[Guinee, 2001] Odeur m3 air
[Guinee, 2001] L’indicateur d’acidification correspond à l’objectif de protection des écosystèmes (terrestre, aquatique) : il s’agit de diminuer le phénomène des « pluies acides ». L’indicateur d’eutrophisation est lié à la production des « algues vertes », et par conséquent à la protection des rivières et des lacs. Le thème “ ozone photochimique ” concerne l’ozone troposphérique et ses effets sur la santé (maladies respiratoires) ‐ la concentration en ozone étant l’un des traceurs de la qualité de l’air dans les villes. La problématique de la couche d’ozone étant prise en charge dans le cadre du protocole de Montréal, inclure un indicateur sur ce thème semble moins utile aujourd’hui. L’indicateur “ épuisement des ressources ” prend en compte les réserves mondiales des matières concernées et la rapidité de leur raréfaction. La génération d’odeurs est exprimée en divisant les émissions (en mg) par les seuils respectifs (en mg/m3) à partir desquels les substances peuvent être détectées par 50% d’un échantillon représentatif de la population. L’indicateur est alors exprimé en m3 d’air vicié. 33/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques Certains aspects environnementaux nécessitent des modèles plus sophistiqués, dont la marge d’incertitude reste importante. C’est le cas en particulier de la toxicité humaine. Un modèle élaboré au niveau européen consiste à mailler le territoire et à étudier le transport des polluants émis dans chaque maille en intégrant leur transfert entre les différents compartiments écologiques (air, eau de surface, nappes phréatiques, sols, océans, sédiments…), vers l’eau potable et la nourriture, les doses reçues par les populations par inhalation et ingestion, et les risques sanitaires en fonction de ces doses, exprimés en années de vie perdues ajustées par le handicap (DALY, disability adjusted life loss) [Goedkoop, 2000]. Un indicateur similaire est défini pour la biodiversité en pourcentage d’espèces disparues sur une surface de territoire et sur une certaine durée (PDF.m2.an, PDF : Potentially Disappeared Fraction) [Goedkoop, 2000]. La grille d’indicateurs doit inclure l’ensemble des préoccupations environnementales en visant l’exhaustivité et la non redondance. Pour ARMINES, afin de faciliter l’interprétation d’une telle évaluation multicritères, il semble alors préférable de définir un indicateur unique pour la consommation énergétique, complété par divers indicateurs d’impact concernant l’épuisement des ressources, le réchauffement global, les déchets, etc. Pour ARMINES, un indicateur en énergie primaire semblable à celui considéré dans la règlementation, incluant les énergies non renouvelables et certaines énergies renouvelables mais disponibles en quantités limitées à l’échelle de la collectivité, semble pertinent, sous réserve d’harmoniser les équivalences en énergie primaire de chaque source d’énergie sur les différentes étapes du cycle de vie. 34/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques 3
FRONTIERES D’ETUDE ET ASPECTS SPATIAUX RELATIFS A LA
PHASE D’UTILISATION DES BATIMENTS
3.1 DEFINITION DU PERIMETRE SPATIAL POUR LA QUANTIFICATION DES
FLUX ENERGETIQUES
D’une manière générale, le périmètre spatial considéré pour la quantification des flux énergétiques dans la phase d’utilisation est la parcelle. Des précisions peuvent être nécessaires en ce qui concerne les limites physiques pour l’évaluation des flux puisés dans l’environnement proche, elles seront détaillées dans les paragraphes suivants. 3.2 COMPTABILISATION DES FLUX ENERGETIQUES UTILISES PAR LE
BATIMENT
Inventaire des flux énergétiques Les flux d’énergie utilisés dans le bâtiment peuvent être classés en quatre catégories : -
-
les flux d’énergie entrants (énergie importée) dans le système : o Qu’ils soient considérés comme non renouvelable (fioul, gaz, part non renouvelable de l’électricité,…) ou renouvelable (bois, part renouvelable des réseaux de chaleur, part renouvelable de l’électricité,…) ; l’énergie puisée dans l’environnement local : o autoconsommée o exportée du site vers un réseau (réseau électrique français, réseau de chaleur) Note : L’objet est, ici de définir le périmètre pour la comptabilisation des flux énergétiques, la caractérisation des flux en tant que ressource renouvelable ou non renouvelable relève d’une problématique secondaire. Pour les problématiques évoquées dans cette section, l’énergie renouvelable sera définie suivant au 2.3 (cf. ISO 21937). 3.2.1.1. L’énergie importée sur la parcelle
Tous les profils environnementaux des vecteurs énergétiques peuvent contenir une part d’énergie renouvelable, de par leur nature ou les process utilisés pour la mettre à disposition : en grande quantité pour certains (bois, biomasse en général), en faible ou moyenne quantité pour d’autre (électricité, chaleur issue d’un réseau de chaleur) et en quantité marginale pour les vecteurs énergétiques issus de ressources fossiles (charbon, gaz…). Lorsque l’on effectue le bilan des consommations d’énergie du bâtiment en phase d’utilisation, d’un point de vue thermique, ces consommations d’énergie importée sont généralement comptabilisées sans qu’une distinction soit faite entre la part d’énergie renouvelable et la part non renouvelable qui leurs sont associées (ex : dans la méthode Th‐BCE, l’indicateur Cep prend en compte les deux types d’énergie sans les distinguer.). 35/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques Lors de l’analyse environnementale d’un bâtiment, la comptabilisation de la part renouvelable de l’énergie importée sur la parcelle est réalisée a posteriori à partir des données environnementales déclarées pour chaque type d’énergie. 3.2.1.2. L’énergie puisée dans l’environnement local
L’énergie puisée sur site pour subvenir (pour tout ou partie) aux besoins énergétiques de fonctionnement peut être valorisée par des systèmes qualifiés de « passifs » (e.g. Baies vitrées, murs trombe, etc.) ou bien par l’intermédiaire de systèmes qualifiés d’« actifs » : (e.g. capteurs solaires thermique, chaudières biomasse cogénération, pompes à chaleur, etc.). Aucune définition officielle et opposable ne permet de faire la distinction entre ces deux processus de valorisation (exemple : un panneau solaire intégré au bâti pourrait être comptabilisé comme un système passif car celui‐ci est intégré à l’enveloppe du bâtiment et ne nécessite pas d’injection d’énergie pour son fonctionnement). La distinction se base d’une certaine manière sur des principes définis de manière conventionnelle et pragmatique : les méthodes et outils de calcul énergétiques dans la phase de vie en œuvre des bâtiments ont été définis pour répondre aux besoins de quantification de l’énergie à fournir pour subvenir aux besoins de l’utilisateur : il s’agit de l’énergie fournie par les systèmes « actifs ». D’un autre côté l’énergie fournie par les systèmes « passifs » est prise en compte de manière implicite (« en creux ») dans l’évaluation des besoins de l’utilisateur. Pour les systèmes actifs, la quantification de l’énergie valorisée est définie de la manière suivante par la norme NF EN 15603 :2008 [4], « pour les systèmes solaires actifs et à énergie éolienne, le rayonnement solaire incident sur les panneaux solaires ou les capteurs solaires, ou l’énergie cinétique du vent, ne font pas partie du bilan énergétique du bâtiment. ». 36/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques Figure 2 : schéma des flux énergétiques et limites de l’évaluation énergétique selon EN 15603
L’énergie puisée dans l’environnement local comptabilisée dans le bilan du bâtiment intègre donc l’énergie fournie en sortie du système de production (e.g. sortie des capteurs solaires) quelque soit l’énergie disponible au niveau de la parcelle (rayonnement incident pour le capteur solaire, énergie cinétique pour une éolienne…). L’énergie puisée dans l’environnement local mesure ici la quantité d’énergie permettant de subvenir pour tout ou partie aux besoins énergétiques du bâtiment et non à une quantification de l’énergie potentiellement disponible sur la parcelle. Cette énergie est facilement quantifiable pour les systèmes communément appelés « actifs » mais devient difficile à mesurer lorsqu’il s’agit d’apports qualifiés de « passifs ». 3.2.1.3. L’énergie exportée
L’énergie produite par un système à l’intérieur des frontières spatiales considérées peut aussi être utilisée en dehors de celui‐ci, lorsque – à un moment donné‐ la production excède la consommation du site et qu’un média de transport adéquat existe. Ces flux sortants peuvent être issus d’une ressource primaire renouvelable exploitée sur le site (e.g. photovoltaïque) ou bien importée (e.g. biomasse), mais aussi résulter de l’utilisation de combustibles importés sur la parcelle (e.g. cogénération gaz). Ces productions ou exploitation pouvant être simultanées ou préalablement stockées. Dans tous cas, il est nécessaire de déterminer l’approche pour prendre en compte le flux exporté dans le bilan environnemental et déterminer les règles d’allocation de celui‐ci en fonction notamment de l’objectif de l’étude. 37/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques Dans la partie suivante seront donc décrites les différentes méthodes envisageables d’affectation, ainsi que leurs conséquences sur le bilan environnemental à l’échelle d’un bâtiment et lors de l’extrapolation à plusieurs bâtiments (passage à une échelle d’analyse étendue à l’« îlot » ou bien au quartier). Gérer l’export d’énergie dans le bilan environnemental On suppose ici que l’énergie exportée a été préalablement calculée. Ensuite deux méthodes différentes peuvent être considérées pour calculer les impacts environnementaux liés à l’exportation d’énergie d’un bâtiment : ‐ Considérer l’énergie exportée comme un co‐produit du bâtiment : un service supplémentaire fournit au‐delà du système étudié. Ou ‐ Quantifier des impacts évités par la production exportée dans les résultats globaux du bâtiment ; Par ailleurs, les paragraphes ci‐dessous font la distinction entre les impacts liés directement à la production d’énergie et ceux liés à la mise à disposition des équipements sur site. Un flux d’énergie importé sur site est accompagné d’un profil environnemental intégrant les impacts des infrastructures nécessaires à la production‐transport‐distribution (e.g. production des centrales, des barrages, des lignes électriques) au même titre que les impacts des phases de production‐
utilisation‐fin de vie des combustibles et consommables nécessaire à la production d’énergie (e.g. extraction uranium). Pour un flux d’énergie produit sur site, si l’approche distingue comme contributeurs les produits de construction et équipements d’une part et les consommations d’énergie d’autre part, afin d’éviter un double comptage des impacts, l’approche suivante a été retenue : les impacts liés à la production d’énergie (consommables, combustibles) sont traités distinctement des impacts de mise à disposition des équipements intégrés au projet. 3.2.2.1. Méthode des co-produits
Impacts de la production d’énergie : La première approche consiste à considérer l’énergie exportée comme un service supplémentaire rendu par le bâtiment, qui en plus de répondre à la fonction du type « loger X personnes… » devient également producteur d’énergie. La fonction « producteur d’énergie » serait alors un co‐produit de l’équivalent fonctionnel de base du bâtiment. Il n’y a donc pas de bénéfice environnemental à un moment donné d’exporter de l’énergie lorsque seules les consommations d’énergie en phase opérationnelle sont considérées car seule la fonction « loger X personne… » est recherchée. Cette 38/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques approche traduit l’idée que la mise à disposition d’énergie à un utilisateur extérieur au périmètre (fonctionnel et spatial) du bâtiment n’est pas une fonction du bâtiment. La conséquence des impacts environnementaux (bénéfices ou dommages) d’une exportation d’énergie n’est pas adressée aux acteurs décisionnels du bâtiment mais à l’utilisateur de l’énergie mise à disposition (ex : dans le cas de l’électricité, l’utilisateur de l’énergie exporté verra le flux d’énergie utilisé adjoint d’un profil environnemental prenant en compte un part des impacts de production et notamment de l’infrastructure dédiée à la production d’énergie.) Soit : Bilan environnemental des consommations d’énergie de la phase opérationnelle du bâtiment (A) Avec : ,
é
,
é
,
é
,
é Ainsi : Service rendu = ,
[kWh] est l’impact environnemental du type énergie i (vecteur de valeurs d’indicateurs environnementaux); ,
é est la consommation importée du type énergie i ; ,
é est la consommation d’énergie valorisant la production locale du type énergie i ; est l’impact environnemental lié aux consommations d’énergie i de la production locale d’énergie ,
Les impacts de la production d’énergie sont affectés au bâtiment au prorata de la quantité d’énergie autoconsommée. Le restant étant alloué au réseau (au prorata de la quantité d’énergie exportée). Ces impacts incluent a minima les éventuels consommables et combustibles : l’affectation de la mise à disposition des équipements de production peut être différente (cf. ci‐dessous). 39/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques Cette approche est basée sur le principe d’allocation des impacts à l’utilisateur final de l’électricité produite. Les impacts de production de l’énergie sont alloués au consommateur au même titre que n’importe quel type de production (ex. nucléaire, gaz, charbon…). L’utilisateur final de l’électricité verra donc, dans les impacts de l’électricité qu’il consomme, une part d’énergie provenant des systèmes de production locale d’énergie (PLE) installés sur des bâtiments. A noter : Cette proposition d’allocation des impacts environnementaux ne suit pas les principes retenus pour la vente et le rachat/l’achat de l’électricité photovoltaïque: actuellement l’énergie produite par les systèmes de PLE (production locale d’électricité) dans le bâtiment est entièrement revendue/vendue au fournisseur d’électricité. Selon le CSTB, si l’on suit cette logique économique mise en place, le système d’allocation en découlant ne devrait donc considérer aucun bénéfice lié à la PLE pour le bâtiment mais, au contraire, tout allouer au « réseau » ou plus précisément au fournisseur/revendeur d’électricité. Selon le CSTB, cette approche est cohérente avec la rédaction de la norme européenne sur la performance environnementale des bâtiments [3] section 9.5, qui propose la recommandation suivante : « Lorsque l’énergie (chaleur, électricité) est produite sur le site, il convient de prendre en compte séparément tout surplus fourni à l’extérieur. Ceci inclut également l’énergie utilisée pour la production d’énergie sur le site (par exemple, par des cellules photovoltaïques, des éoliennes, la biomasse, la cogénération, des piles à combustible). L’énergie fournie à l’extérieur est considérée comme une fonction supplémentaire du bâtiment. » La quantité d’énergie fournie au réseau par le bâtiment doit alors être spécifiée dans l’équivalent fonctionnel du bâtiment. Impacts de la mise à disposition des équipements de production d’énergie : Pour l’affectation des impacts de la mise à disposition des équipements de production d’énergie, deux approches sont possibles: 40/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques La norme EN 15978 indique que « Toutes les unités de production d’énergie se trouvant sur le site du bâtiment doivent être incluses dans l’évaluation. […]Aucune distinction n’est faite entre les unités de production d’énergie qui font partie de la structure de construction et celles qui n’en font pas partie et n’ont donc aucune autre fonction pour le bâtiment. EXEMPLE Les panneaux solaires thermiques ou les panneaux photovoltaïques qui font partie de l’enveloppe du bâtiment, qu’ils aient ou non des fonctions en plus de la production d’énergie, telles que de protéger contre la pénétration de la pluie et du vent par le toit ou la façade, sont inclus dans l’évaluation du bâtiment. De plus, un panneau photovoltaïque installé dans le jardin du site et n’appartenant donc pas à l’enveloppe du bâtiment, mais fournissant de l’énergie consommée dans le bâtiment ou fournie à l’extérieur est inclus dans l’évaluation du bâtiment. » La norme indique d’autre part : « Tous les impacts et les aspects de l’énergie provenant de l’extérieur (que ce soit pour une consommation directe ou pour la production d’énergie) doivent être affectés au module B6. La quantité d’énergie fournie à l’extérieur est reflétée dans l’indicateur «Énergie fournie à l’extérieur — [MJ]» déclaré dans le module B6. NOTE 6 L’énergie fournie à l’extérieur sort de la frontière de système du bâtiment est libre de toute charge environnementale puisque tous les impacts et les aspects sont consignés dans le module B6. » Selon ARMINES, l’approche décrite ci‐dessus pénalise la production locale renouvelable : le bénéfice environnemental lié à l’exportation d’électricité n’est pas pris en compte (même séparément), alors que la totalité des impacts liés aux équipements de production est intégrée. Selon le CSTB, cette combinaison (surproduction intégrée comme un élément de l’équivalent fonctionnel mais sans bénéfice environnemental et comptabilisation des équipements de production à 100%) ne favorise pas la production locale renouvelable avec une approche ACV attributionnelle. -
Une autre approche, en contradiction avec la EN 15978 serait d’affecter au prorata de la consommation effective‐ entre le bâtiment et le réseau‐ les impacts environnementaux de la mise à disposition des équipements de production d’énergie (de la même façon que les impacts de la production d’énergie). Le bénéfice environnemental de l’exportation d’énergie pour un bâtiment serait visible dans la comptabilité des impacts liés aux équipements dont une part seulement serait affectée au bâtiment lui‐même. 41/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques o
o
Soit les règles d’affectation entre bâtiment et réseau pourraient considérer uniquement les ratios énergie autoconsommée/énergie produite et énergie exportée/énergie produite : Par exemple, si 50% de l’énergie produite est exportée, alors 50% des impacts des panneaux PV sont affectés au réseau. Soit les règles d’affectation entre bâtiment et réseau pourraient considérer les différentes fonctions de l’équipement et les ratios énergie autoconsommée/énergie produite et énergie exportée/énergie produite : Par exemple, si 50% de l’énergie produite par les panneaux PV ayant également une fonction de brise soleil est exportée, alors x% des panneaux sont à affecter au bâtiment au titre de la fonction « brise‐
soleil » (les règles de calcul du x% restant à déterminer) et les (100‐x)% sont à répartir entre le bâtiment (pour moitié ici) et le réseau. Selon le CSTB, la combinaison : surproduction intégrée comme un élément de l’équivalent fonctionnel mais sans bénéfice environnemental + - comptabilisation des équipements de production au prorata de l’autoconsommation + - hypothèse que la différence entre le mix avant et après injection de l’énergie issue des PV est epsilon est une proposition équilibrée quant aux opposabilités des choix. Le bénéfice environnemental à l’échelle de l’ouvrage reste à démontrer au cas par cas. -
3.2.2.2.
Méthode des impacts évités La seconde approche, dite des « impacts évités » consiste à calculer les impacts correspondants à la production d’énergie électrique à laquelle s’est substituée l’énergie produite. Les impacts fictifs selon le CSTB, car non produits, de cette énergie sont alors quantifiés et considérés comme un « gain » environnemental alloué au bâtiment et soustraits aux impacts environnementaux dans le calcul global des impacts du bâtiment. Selon ARMINES, la production photovoltaïque est bien réelle et comme la consommation dans le réseau n’est pas nulle, des impacts sont réellement évités. Si on compare en phase de conception un bâtiment avec et sans exportation d’électricité, une autre possibilité consisterait à définir une unité fonctionnelle intégrant le bâtiment et la quantité d’énergie exportée. Les impacts du bâtiment sans production locale intègreraient alors les impacts réels de la production d’électricité correspondante. Cette extension du système correspond à la norme NF EN ISO 14044. -
Si seule l’énergie exportée est considérée pour les impacts évités, la méthode de
calcul des impacts pour le type d’énergie considéré peut être formulée de la manière
suivante :
,
é
,
é
,
é
,
é
,
,é
é Où : 
est l’impact environnemental du type énergie i (vecteur de valeurs d’indicateurs environnementaux) ; 42/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques 





é est la consommation importée du type énergie i ; ,
é est l’impact environnemental lié aux consommations d’énergie i (vecteur ,
de valeurs d’indicateurs environnementaux) ; ,
é est la consommation d’énergie valorisant la production locale du type d’énergie i ; est l’impact environnemental lié aux consommations d’énergie i ,
de la production locale d’énergie. Note : dans certains cas (ex : ELODIE), les impacts liés à la mise à disposition des systèmes sont déjà comptabilisés dans le contributeur produit et équipements, seul les impacts de production de l’énergie sont alors considérés (ex : pour la cogénération les consommables divers et émissions lors de la combustion…pour le PV seul l’indicateur énergie renouvelable et énergie primaire totale seront impactés…). é est la consommation importée du type énergie i ; ,
,é é est l’impact environnemental correspondant à l’énergie substituée ou « impacts évités » correspondant à l’énergie exportée. Ainsi : o
o
les bénéfices/impacts correspondants à la production d’énergie électrique exportée sont quantifiés en tant qu’énergie électrique substituée. l’ensemble des impacts liés à la production des systèmes est affecté au bâtiment. C’est cette approche qui sous‐tend les calculs réalisés par EQUER ‐
Si toute l’énergie produite (autoconsommée et exportée) est considérée pour les impacts évités, la méthode de calcul des impacts pour le type d’énergie considéré peut être formulée de la manière suivante : ,
é
,
é
,
é
,é
é
,
,é
é La deuxième version de cette approche coïncide avec l’approche développée par la méthode Th‐BCE qui consiste à soustraire aux consommations toute l’énergie produite par la PLE multipliée par le coefficient d’énergie primaire conventionnel de l’électricité 2.58, ceci afin de calculer la performance énergétique du bâtiment (Cep). 43/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques Selon l’approche Th‐BCE,les impacts en énergie primaire de l’électricité sont évalués à partir d’une production annuelle. Or, les impacts évités par la production d’un kWh d’électricité grâce, par exemple à une production PV, durant la saison estivale ne permet pas d’éviter les mêmes impacts de production d’un kWh d’électricité en hiver. La prise en compte plus précise du facteur temporel dans l’estimation de la production et de la consommation de l’électricité pourrait amener à définir une meilleure comptabilisation des impacts. Ainsi : o
o
les bénéfices/impacts correspondants à la production d’énergie électrique totale (c'est‐à‐dire la somme de la part exportée et de la part autoconsommée) sont quantifiés en tant qu’énergie électrique substituée. l’ensemble des impacts liés à la production des systèmes est affecté au bâtiment. 44/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques 3.3 LIEN ENTRE BATIMENT ET LE RESTE DU SYSTEME ELECTRIQUE
(RESEAU)
Quels facteurs de conversion Ep/Ef sont utilisés ? L’énergie primaire est l’unité utilisée pour exprimer les consommations de ressources énergétiques dans l’approche énergie ainsi que dans l’approche environnement, cependant des divergences apparaissent lors de la quantification de l’énergie primaire consommée à partir des consommations exprimées initialement en énergie finale (c.à.d. lorsque l’on sort du périmètre physique considéré pour le bâtiment). Dans l’approche règlementaire, le passage de l’énergie finale à l’énergie primaire est fixé par des conventions. Actuellement, l’approche énergie règlementaire utilise, des facteurs de passage conventionnels, défini dans des textes officiels. La règlementation thermique 2012 [1] définie les coefficients de conversion en énergie primaire suivants : Tableau 7 Facteurs conventionnels de conversion de l'énergie finale en énergie primaire en
France [source : arrêté du 26 octobre 2010 relatif aux caractéristiques thermiques et aux
exigences de performance énergétique des bâtiments nouveaux et des parties nouvelles de
bâtiments]
Facteurs de conversion en énergie primaire d’une unité d’énergie finale. Electricité Gaz Fuel naturel Charbon Biomasse France 2.58 1 1 1 1 Il faut noter qu’à l’échelle Européenne les conventions pour les calculs énergétiques primaire pour la phase d’utilisation des bâtiments diffèrent d’un pays à l’autre : 45/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques Tableau 8 : Facteurs conventionnels de conversion de l'énergie finale en énergie primaire en
Europe, source: projet européen SuPerBuildings (Deliverable 5.1 ).
Facteurs de conversion en énergie primaire d’une unité d’énergie finale. Electricité Gaz Fuel naturel Charbon Biomasse Autriche 3.51 1.3 1.33 1.54 1.22 Belgique 2.5 1 1 1 1 Republique Tchèque 3.16 1.45 ‐ 1.48 0.04 Allemagne 2.6 1.1 1.1 1.1 0.2 Espagne 2.28 1.07 1.11 1.14 1.25 Dans l’approche ACV les coefficients de conversion peuvent fluctuer. Ces variations sont relatives à la représentativité de la donnée utilisée : aspects temporels, spécificité des données utilisées (ex. : représentativité géographique, données issues de déclarations environnementales spécifiques à un fournisseur d’énergie, aspects méthodologiques concernant la prise en compte d’infrastructures etc.) L’approche ACV associe aux consommations du bâtiment (exprimées en énergie finale) pour chacun des usages, un profil environnemental. Ces fiches comportent des facteurs de conversion en énergie primaire construits sur la base d’une analyse de cycle de vie pour chacun des produits énergétiques. Ces fiches sont définies pour un contexte géographique et temporel donné (e.g. électricité consommée en France en 2008). La variation des paramètres (provenance et nature des combustibles, etc.) est intégrée dans ces facteurs. Théoriquement, pourraient exister autant de fiches environnementales que de contexte donné. Dans la pratique, chaque base de données d’ACV (DEAM, Ecoinvent, etc.) propose un profil environnemental par source d’énergie qui ne varie que peu dans le temps. Les différences engendrées par les deux approches sont présentées dans le graphe ci‐dessous pour quelques‐uns des produits énergétiques et pour une base de données ACV spécifique : 46/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques Coefficients ACV
(calculés à partir
de la base de
donnée DEAM)
3,13
3,1
2,58
Coefficients de conversion Energie Primaire/Energie finale
Coefficients
conventionels RT
2012
1,3
1,25
1
Coefficients ACV
(calculés à partir
de la base de
donnée
EcoInvent 2010)
Electricité (mix
moyen 2010)
Fuel
1,2
1 1
Charbon
1,2
1
1,2
Gaz naturel
Figure 3: Coefficient de conversion Energie primaire/énergie finale pour différentes sources
énergétiques en France. Calculs basés sur les données RTE 2010 pour l'électricité. Sources:
DEAM, RT, EcoInvent et calculs des auteurs
Ce constat amène à se poser un certain nombre de questions : ‐
‐
‐
Quelle est la sensibilité des résultats à l’usage de facteurs figés par rapport à l’utilisation de facteurs dynamiques ? Sur quels principes doit s’effectuer le choix d’opter pour des facteurs statiques ou dynamique ? Comment doivent être construits ces facteurs ? Traitement du mix électrique moyen en ACV bâtiment 3.3.2.1. Les procédés EcoInvent existants
Plus de 200 procédés concernant l’électricité sont disponibles dans la base EcoInvent. Ci‐dessous sont présentés une sélection de 22 procédés potentiellement adaptés à l’étude du mix électrique français. Ils concernent soit directement un mix électrique (de production ou de distribution –
incluant les imports ‐) soit les technologies de production d’électricités (nucléaire, hydraulique, gaz, charbon…). 47/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques Name (en)
Unit
Location
SubCategory
electricity, high voltage, production FR, at grid
kWh
FR
production mix
electricity, low voltage, production FR, at grid
kWh
FR
production mix
electricity, medium voltage, production FR, at grid
kWh
FR
production mix
electricity, production mix FR
kWh
FR
production mix
electricity mix
kWh
FR
supply mix
electricity, high voltage, at grid
kWh
FR
supply mix
electricity, low voltage, at grid
kWh
FR
supply mix
electricity, medium voltage, at grid
kWh
FR
supply mix
electricity, hard coal, at power plant
kWh
FR
power plants
electricity, hydropower, at power plant
kWh
FR
power plants
electricity, hydropower, at pumped storage power plant
kWh
FR
power plants
electricity, lignite, at power plant
kWh
FR
power plants
electricity, industrial gas, at power plant
kWh
FR
power plants
electricity, natural gas, at combined cycle plant, best technology
kWh
RER
power plants
electricity, natural gas, at power plant
kWh
UCTE
power plants
electricity, natural gas, at power plant
kWh
FR
power plants
electricity, nuclear, at power plant pressure water reactor
kWh
FR
power plants
electricity, oil, at power plant
kWh
FR
power plants
electricity, at wind power plant
kWh
RER
power plants
electricity, at wind power plant 800kW
kWh
RER
power plants
electricity, production mix photovoltaic, at plant
kWh
FR
power plants
Le procédé paraissant le plus adapté à la situation d’une consommation d’électricité par un bâtiment situé sur le sol français est le procédé « electricity, low voltage, at grid, FR, supply mix » qui tient compte du mix de production français ainsi que des importations (exportations exclues) et intègre les pertes de transport (réseau haute tension) et de distribution (réseau basse tension) de l’électricité(Frischknecht et al. 2007). Ce procédé est basé sur un mix de distribution moyen de 2004. Les calculs datent de l’année 2007 et ont été basés sur les informations provenant du rapport « Electricity Information 2005 » (IEA 2005). Or, entre 2004 et 2012, la production des centrales thermiques a augmenté, la production éolienne s’est développée, les importations ont augmenté … Peut‐on aujourd’hui considérer cette année comme représentative du mix électrique, et notamment du mix électrique moyen sur les 80 prochaines années ? 48/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques Dans le logiciel EQUER, ce sont les inventaires des différents moyens de production (nucléaire, hydro‐
électricité, gaz, charbon…) qui sont considérés et l’utilisateur peut modifier le mix, ce qui permet d’effectuer des analyses de sensibilité, et entrer un % de pertes qui peut dépendre de la situation locale (bâtiment en bout de ligne en zone rurale). Un modèle dynamique est également proposé, cf. ci‐dessous. 3.3.2.2. Pertes et Coefficient de conversion Ep/Ef
En faisant un comparatif sur l’impact représentant la consommation d’énergie primaire du procédé « electricity mix » par rapport au « electricity, low voltage, supply mix », les pertes totales en énergie primaire s’élèvent à près de 13% (12% si on exclut la consommation d’infrastructures). Les auteurs de la base de données ont considéré la situation suisse pour évaluer ces pertes. Cumulative Energy demand electricity mix 3,34 electricity mix, low voltage, at grid 3,77 Pertes Ep % 12,9 (transport, distribution, consommation d'infrastructures) En comparaison, l’ADEME compte 8% de pertes totales (ADEME 2010), et 9% sont proposés par défaut dans EQUER : les bâtiments sont généralement alimentés en basse tension, donc les pertes sont un peu plus élevées que la moyenne des utilisateurs. 3.3.2.3. Partir des technologies de production d’électricité
Les procédés utilisés dans le calcul d’EQUER sont directement ceux de la production électrique. Le mix est défini par l’utilisateur. Une valeur par défaut est proposée (rapport technique d’exploitation EDF), mais elle doit être réactualisée, et la difficulté est de définir un mix utilisable pour les prochaines années correspondant à la durée de vie considérée pour les bâtiments étudiés. Les procédés considérés dans la base ecoinvent sont les suivants. electricity, hard coal, at power plant
kWh
FR
power plants
electricity, hydropower, at power plant
kWh
FR
power plants
electricity, natural gas, at power plant
kWh
FR
power plants
electricity, nuclear, at power plant pressure water reactor
kWh
FR
power plants
electricity, oil, at power plant
kWh
FR
power plants
49/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques Le mix de production par défaut a été récemment mis à jour suivant les calculs exposés ci‐après. Le coefficient de pertes sur le réseau de 9% est intégré ensuite, à l’identique pour toutes les technologies de production. Il intègre les pertes de transport de l’ordre de 3% (données RTE3) et de distribution de l’ordre de 6% (données ERDF4). Ceci donne un coefficient de conversion Ep/Ef de 3.14 pour le mix de production, puis 3.45 en intégrant les pertes réseau. En utilisant le mix de production 2010 de RTE (Le Bilan électrique Français 2010, publié en Janvier 2011) et ces mêmes procédés de production EcoInvent, on obtient un coefficient de conversion Ep/Ef de 3.1 pour le mix de production puis 3.4 en intégrant les pertes (ceci variant suivant les agrégations effectuées, les EnRs étant ici groupées avec l’hydraulique). Si l’on considère, comme dans la base de données EcoInvent un coefficient de pertes total de 13%, le coefficient de conversion Ep/Ef monte à 3,5 et 3,6 suivant le mix électrique considéré (EQUER ou RTE 2010). La différence sur le coefficient de conversion est alors de l’ordre de 4 à 6% suivant le mix considéré. L’année sur laquelle le mix est évalué, la localisation du bâtiment (pertes plus importantes en bout de ligne), et la prise en compte des infrastructures (réseau de distribution) peuvent donc influencer la consommation d’énergie primaire et les impacts correspondants : l’écart entre le mix RTE de 2010 sans infrastructure avec 9% de pertes et le mix Ecoinvent de 2004 avec infrastructure et 13% de pertes est de 10%. Tableau récapitulatif Mix FR considéré Ep/Ef sans pertes Ep/Ef pertes 9% Ep/Ef pertes 13% Mix Ecoinvent 3.34 3.67 3.77 Mix par défaut EQUER 3.14 3.45 3.61 Mix RTE 2010 3.08 3.38 3.54 Proposition d’un mix électrique de référence 3.3.3.1. Le mix historique de production d’électricité en France
3
4
http://clients.rte-france.com/lang/fr/visiteurs/vie/vie_perte_RPT.jsp
http://www.erdfdistribution.fr/Compensation_des_pertes
50/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques gCO2eq/kWh
100,0%
90,0%
9,8%
10,5%
11,6%
10,9%
10,5%
10,9%
11,1%
9,8%
110,0
105,0
80,0%
70,0%
100,0
60,0%
50,0%
76,7%
78,4%
78,3%
77,2%
76,5%
76,1%
75,3%
78,6%
95,0
40,0%
90,0
30,0%
20,0%
10,0%
85,0
13,3%
10,1%
11,1%
11,9%
13,1%
2000
2005
2006
2007
2008
0,0%
13,0%
13,7%
2009 (r) 2010 (p)
Hydraulique et éolien
Thermique nucléaire
Thermique classique
gCO2eq/kWh
11,6%
80,0
2011
Figure 4: Mix historique de production d’électricité, source données RTE en ligne
Le graphe ci‐dessus ne considère que la production électrique. Les exportations sont donc intégrées et les importations exclues. On remarque une apparente stabilité sur la dernière décennie. Cependant, le fait que la production issue de technologie thermique varie de 9,8 à 11,6% peut s’avérer très important. De même la production hydraulique (la moins impactante pour l’environnement) varie de 10,1 à 13,7%, ce qui est finalement loin d’être négligeable. Enfin, si la production nucléaire est largement majoritaire, sa contribution varie elle aussi de façon significative : entre 75,1 et 78,3%. De plus, cette répartition en trois catégories de production masque la disparité de la production thermique qui se répartit entre gaz, charbon et technologie de pointe (fioul, turbine à combustion, STEP). Les impacts environnementaux de ces différentes technologies sont également très hétérogènes. 51/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques 3.3.3.2. Echanges inter frontaliers
Figure 5: Source RTE bilan électrique 2010
Sur la dernière décennie (2002‐2012), les importations représentent entre 3.5 et 8.9% de la consommation brut, avec une moyenne à 5.9%. La moitié de ses imports viennent d’Allemagne, les deux autres principaux partenaires étant la Suisse et la Belgique. Pour dériver un mix d’approvisionnement moyen annuel, les hypothèses et simplifications suivantes ont étés considérées : ‐
‐
‐
Dans un premiers temps, les exports sont exclus, au prorata de chaque technologie au mix de production. Ceci est une simplification car la France exporte majoritairement en été, lorsque la production thermique est plus basse. Le pompage et la consommation des auxiliaires ne sont pas affectés à une production particulière et sont donc extraits au prorata de chaque production dans la production totale. Les imports peuvent être utilisés pour le pompage ou la consommation des auxiliaires. Un pourcentage des imports est donc extrait pour couvrir cette consommation, au prorata de la somme production (corrigée des exports) + imports. En considérant les données consolidées (RTE/INSEE/SOeS) de 2005 à 2011, ceci donne les mix historiques d’approvisionnement suivants : 52/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques Mix historique d'approvisionnement en électricité
100,0
90,0
6,2
10,9
5,5
9,9
5,3
10,3
6,6
9,8
8,4
10,0
6,9
10,3
3,9
9,4
6,1
10,1
73,5
74,1
73,1
71,4
69,6
70,1
75,6
72,5
9,4
10,5
11,3
12,2
11,9
12,7
11,1
11,3
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
moyenne
80,0
70,0
60,0
50,0
40,0
30,0
20,0
10,0
0,0
% Hydraulique et éolien
%Nucléaire
%Thermique classique
%importation
Figure 6: Source données RTE et calcul de l'auteur
Il faut intégrer ensuite, en fonction des mix de nos voisins, par quelles technologies est produite l’électricité venant des importations. Les pays interconnectés à la France sont : l’Allemagne, le Royaume‐Uni, L’Italie, La Suisse, La Belgique, L’Espagne. Pour 5 de ses pays (Suisse exceptée), les statistiques Eurostat 2011 sont disponibles. Pour la Suisse, les données 2009 de l’agence Internationale de l’énergie ont été utilisées. On a alors les données suivantes : ENR Hydro Nucléaire Charbon Gaz Fioul Autre th (cogé) UE (27) 10% 12% 27% 25% 23% 2% 1% France 3% 12% 75% 4% 5% 1% 0% Belgique 8% 2% 50% 4% 35% 0% 0% Espagne 18% 15% 20% 8% 32% 5% 0% Allemagne 14% 4% 22% 42% 15% 1% 1% Italie 9% 18% 0% 13% 52% 6% 2% Royaume‐Uni 6% 2% 16% 28% 46% 1% 1% Suisse 0% 55% 40% 0% 1% 0% 4% La part de chaque pays dans les importations varie suivant les années. De même, le mix électrique de chaque pays varie également. Ceci est négligé ici. On considère comme mix de référence des pays le 53/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques mix 2011 (2009 pour la Suisse). On évalue la part de chaque pays dans les importations française en faisant une moyenne sur la dernière décennie. Import 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 moyenne %DE 40,3 39,1 67,5 65,9 53,6 58,9 54,6 44,0 43,4 42,6 25,2 48,6 %GB 5,7 15,2 4,1 4,3 5,7 11,3 4,0 9,9 14,8 14,7 9,2 9,0 %IT 0,0 0,0 0,0 3,4 5,0 1,1 5,2 2,8 3,2 4,1 2,9 2,5 %BE 26,4 21,0 2,7 4,3 6,1 5,8 5,5 13,4 12,9 10,7 9,2 10,7 %CH 27,0 19,3 19,2 19,2 21,4 16,0 22,1 21,2 16,2 12,2 34,0 20,7 %ES 0,6 5,3 6,5 2,8 8,2 6,9 8,6 8,8 9,4 15,7 19,4 8,4 Ce qui donne le mix d’importation suivant : ENR Mix import 6,10% Hydro Nucléaire Charbon Gaz Fioul Autre th (cogé) 10 16 28 24 19 1 1 0,6 0,9 1,7 1,5 1,2 0,1 0,1 En intégrant les importations au mix, on obtient le mix d’approvisionnement suivant : Nucléaire : 74%, Hydraulique et ENR : 13%, Thermique classique : 13%. D’autres hypothèses sont possibles sur les importations, par exemple, considérer l’intégralité des imports de Suisse comme issus des centrales nucléaire vendu en été et stocké par STEP dans les barrages hydrauliques. Il est également courant de considérer que les imports sont à affecter aux technologies thermiques, car correspondant à une hausse ponctuelle de consommation. Une palette de 5 variantes d’hypothèses est disponible dans (Herfray 2011). 3.3.3.3. Désagrégation de la part Thermique Classique nationale
La dernière difficulté est de détailler la catégorie « Thermique classique ». En effet, dans cette catégorie très utilisée dans les statistiques sur l’électricité (SOeS, INSEE notamment), sont groupés des technologies très différentes ; A partir de l’analyse des bilans électriques RTE 2010, 2011 et 2012 (les précédents n’étant pas assez détaillés), la décomposition de la partie thermique classique a été effectuée. 54/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques 100%
80%
7
4
12
10
0
14
11
0
12
90%
70%
biomasse
60%
43
50%
autre th
47
52
Fioul/TAC
40%
CCG
30%
Charbon
20%
34
30
24
10%
0%
2012
2011
2010
Pour le mix de référence dans EQUER on considère seulement Charbon, Gaz et fioul comme catégorie thermique. Il faut également intégrer les importations, analysées au paragraphe précédent. On obtient ainsi le mix final suivant : 74% de nucléaire, 13% d’hydraulique‐ENR, 7% de thermique gaz, 5% de thermique charbon, et 1% de thermique fuel. Cependant, l’impact de la consommation d’électricité par un bâtiment va s’étendre sur plusieurs décennies. Le mix électrique futur est donc plus pertinent même si plus incertain pour représenter la consommation électrique d’un futur bâtiment. Etant donné que la consommation annuelle d’électricité du bâtiment analysé (ou de même la production d’électricité) est supposée constante, on peut utiliser un mix moyenné, issus de scénarios prospectifs. On a : 80
∗
∗
1
∗
∑
1
∗ 1
On retrouve la forme aujourd’hui utilisée dans EQUER pour le calcul des impacts de l’électricité avec un mix annuel moyen, avec n la durée de vie du bâtiment. Cette piste de réflexion est actuellement examinée. On peut voir sur le graphe ci‐après issu de l’annexe 5 du rapport énergies 2050 que le choix des scénarios est très sensible et conduit à des résultats complètements opposés. 55/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques Figure 7: Annexe 5 Rapport Energies 2050
3.3.3.4. En conclusion
Le mix par défaut comme le pourcentage de pertes par défaut utilisés dans EQUER sont amenés à évoluer. L’utilisateur peut par ailleurs les modifier. Armines considère que cette approche semble préférable à la simple utilisation du procédé Ecoinvent représentant le mix de distribution français et des hypothèses qui lui sont liées. Le mix électrique retenu dans le cadre d’une étude ACV ainsi que les hypothèses associées, comme le pourcentage de pertes réseau sont des paramètres importants qu’il serait intéressant d’examiner dans le cadre du projet BENEFIS. Faut‐il considérer le mix moyen d’une seule année en la considérant comme représentative ? Si oui, laquelle ? Si, non, il faut alors faire une moyenne, mais sur combien d’années ? Peut‐on considérer que la production électrique de la décennie passée est toujours représentative ? Doit‐on faire évoluer le mix chaque année, au risque de prendre en compte des phénomènes ponctuels (années particulièrement chaudes, ou froides telle 2010) et de les étendre sur 80 ans de durée de vie du bâtiment ? Il n’y a pas une seule solution admissible et nous avons fait le choix de la flexibilité dans EQUER, en donnant à l’utilisateur la main sur ces paramètres. 56/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques ARMINES propose un mix par défaut composé de 74% de nucléaire, 13% d’hydraulique‐ENR, 7% de thermique gaz, 5% de thermique charbon, et 1% de thermique fioul. La question du scénario énergétique à l’horizon 50 ou 100 ans reste posée. Alternative : exprimer les résultats par an en disant qu’il s’agit d’une année proche d’aujourd’hui. Le choix d’un modèle dynamique est également proposé, cf. le § suivant. Le CSTB met à disposition sous Elodie des DES (Déclarations Environnementales de Services) agrégées du type « Mise à disposition d’un kW ‐en énergie finale‐ d’électricité vendue en France ». Les choix de mix électrique, source de données de base sont donc faits au préalable par le CSTB. Toutefois, des utilisateurs « experts » peuvent faire des choix différents mais ce sont des valeurs agrégées sur l’année qui leur seront demandés lors de l’étape d’enrichissement de la base de données. A terme la base de donnée pourra intégrer plusieurs DES relatives aux différents fournisseurs, différents contrats, différents pays… ACV attributionnelle et ACV conséquentielle On définit l’ACV conséquentielle comme cherchant à intégrer les conséquences d’un choix fait au niveau du système étudié sur le système d’arrière plan. L’arrière plan étant défini comme l’ensemble contextuel situé hors des frontières du système étudié (infrastructures, marchés économiques, réglementation…). Cet angle nouveau modifie le périmètre des flux et procédés à prendre en compte dans l’inventaire, puisque des flux et/ou procédés hors frontière affectés par la décision sont dès lors intégrés à l’étude. Cette prise en compte introduit généralement l’utilisation de données marginales à la place des données moyennes utilisées en ACV attributionnelle. Elle peut être plus ou moins approfondie, jusqu’à intégrer des mécanismes socio‐économiques complexes par l’intermédiaire de modèles économiques d’équilibre partiel ou global. Figure
8:
Schématisation
des
approches
attributionnelles
conséquentielles(droite). source: Heijungs et Guinée, workshop CLCA 2013
(gauche)
et
Un exemple typique de la littérature concerne la détermination du mix de production électrique (Lund et al. 2010; Mathiesen, Münster, et Fruergaard 2009). En ACV attributionnelle, on considère la part moyenne de chaque technologie dans la production énergétique globale, sur une échelle de temps donnée : le système énergétique est donc fixe et indépendant de la demande. En ACV conséquentielle, on cherche à exprimer l’effet d’une évolution de la demande (hausse pour un nouveau bâtiment, baisse pour une rénovation, par exemple) sur le système énergétique : il devient 57/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques partie intégrante du système et non plus simple élément de contexte. Ceci se traduit le plus souvent par l’utilisation d’un mix marginal à court terme, où les technologies marginales sont celles affectées par la variation de la demande. L’identification des technologies marginales se fait généralement sur un critère économique : la première technologie affectée par une hausse étant la technologie disponible ayant le coût marginal le plus faible, celle affectée par une baisse étant la technologie la plus coûteuse en fonctionnement. Sont donc exclues les technologies à coût marginal nul, ou saturée comme l’hydraulique en France par exemple, ou les énergies fatales dont la modulation est impossible (déchets, solaire, éolien). Elles pourront cependant être intégrées dans une vision à plus long terme (mix marginal à long terme), tenant compte du potentiel d’investissement dans ces technologies. D’autres méthodes sont également envisageables, comme l’évolution du mix moyen, qui évalue les évolutions des parts de chaque technologie dans le mix, en conséquence d’une forte hausse ou baisse de la demande. Elle répond à des enjeux prospectifs sur la conservation ou non des bénéfices environnementaux d’une technologie lors de sa généralisation. Il s’agit d’autre part de ne pas allouer l’ensemble des impacts résultant de la modification du système d’arrière plan au bâtiment étudié, mais de réfléchir à une allocation plus globale répartie sur le parc. Les types de données utilisables selon l’objectif de l’étude L’évaluation des impacts environnementaux de l’électricité nécessite la définition de nombreuses hypothèses, notamment à cause des éléments suivants : -
La multiplicité de provenance des matières premières et la variabilité temporelle du mix utilisé (voir les deux graphes ci‐dessous) rendent complexe l’évaluation environnementale du mix électrique historique; Mix de production le Dimanche 10 juillet 2011
100%
Mix de production Jeudi 09 Février 2012
98%
100%
90%
96%
80%
94%
70%
92%
60%
50%
90%
40%
88%
86%
30%
20%
84%
10%
82%
0%
Nucléaire
Gaz
Hydraulique
Fioul + Pointe
Charbon
Nucléaire
Hydraulique
Gaz
Fioul + Pointe
Charbon
Figure 9: Illustration de la variabilité du mix de production d'électricité en France,
source données RTE
-
Il est délicat de construire un profil environnemental prédictif : L’influence des choix politiques, de paramètres technico économiques propre aux opérateurs du système électrique, météorologiques et sociétaux difficilement prévisibles ou mal appréhendés à 58/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques l’heure actuelle sur les modes de production de l’électricité rend nécessaire l’utilisation de conventions ou de scenarii hypothétiques dans un premier temps. La volonté de communiquer uniquement sur l’indicateur CO2 (voir site internet de RTE) couplée à un manque de transparence plus général des acteurs historiques de production électrique français à propos de leurs systèmes de production électrique rend difficile l’obtention d’informations précises et vérifiables permettant de reconstruire de manière indépendante des données environnementales historiques. La mutualisation du réseau électrique et la multiplication du nombre d’acteurs producteurs, distributeurs, vendeurs d’énergie (voir Figure ci‐dessous) nécessite de définir des conventions d’allocation entre les usages de l’électricité et les modes de production de l’électricité. -
-
Figure 10 : La chaîne de valeur de l’électricité. Source : www.ecoco2.com
Le profil environnemental du mix électrique est une variable clef des données environnementales [Frischknecht, 2010]. D’autant plus qu’en France l’augmentation de la pointe est plus rapide que la moyenne annuelle et le mix électrique présente une forte sensibilité à la température. Ainsi il serait nécessaire que les recherches tendent à améliorer la connaissance des impacts environnementaux de l’électricité, à mettre en évidence les usages et pratiques responsables de ces effets et à définir les leviers d’action permettant de réduire de manière objective et concrète les impacts environnementaux à l’échelle des bâtiment au regard de ces données (e.g. influence de l’inertie d’un bâtiment, influence de la gestion des charges dans le temps, etc.). Les principales approches utilisées pour évaluer les impacts environnementaux liés à l’utilisation de l’électricité sont les suivantes : -
L’approche moyenne annuelle: L’impact lié à la consommation d’un kWh d’énergie électrique est calculé à partir d’un profil environnemental de référence qui représente une moyenne de 59/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques -
-
-
-
l’ensemble des moyens de production et de la contribution du réseau mis en œuvre sur une année en considérant un secteur géographique donné (corrigée des importations et exportations). Cette approche utilise a priori des données déjà existantes et fourni donc un profil basé sur l’historique (ACV attributionnelle). L’approche fournisseur : On considère ici les moyens de production spécifique au fournisseur d’électricité du bâtiment en supposant que la notion de fournisseur en électricité d’un bâtiment soit définie.. Elle se rapproche de l’approche moyenne annuelle mais considère les kWhs d’un fournisseur et non la moyenne sur un secteur géographique défini. Elle permet de refléter l’impact environnemental du choix du fournisseur d’énergie et pose aussi la question de la stabilité dans le temps de ce choix . L’approche horo‐saisonière : Il s’agit d’une déclinaison de l’approche moyenne basée sur l’évaluation d’une monotone. Cette approche permet d’évaluer la proportion du temps pendant laquelle un seuil de puissance donnée est dépassé. Une telle courbe de consommation (ou de production) peut ensuite être divisée en « tranches » : base, demi‐base, pointe, extrême pointe en effectuant une moyenne des puissances produites (ou consommées) sur une période variable (p. ex. 60 h pour l’extrême pointe contre 3000 h pour la base)5. À chaque tranche est ensuite associée une moyenne des moyens de productions employés sur la période considérée (p. ex. la pointe). Cette approche peut permettre l’évaluation de certains usages en considérant un scénario temporel de consommation. Il s’agit de la méthode employée par EDF et ADEME dans leur note de cadrage sur le contenu CO2 de l’électricité (2005). Cette approche utilise a priori des données déjà existantes et fourni donc un profil basé sur l’historique (ACV attributionnelle). L’approche marginale : Cette méthode vise à déterminer les conséquences que peuvent avoir une augmentation (ou diminution ou déplacement) de la consommation électrique ou une modification des usages (p. ex. nouveau poste de consommation) sur l’ensemble du système. A cette fin, on considère qu’une nouvelle demande de puissance et d’énergie viendra s’ajouter à la demande actuelle. Cette nouvelle demande sera satisfaite à un instant donné par le moyen de production marginal (i.e. le moyen de production le moins cher disponible à ce moment précis). Les résultats obtenus peuvent être significativement plus élevés qu’avec une approche moyenne en fonction des usages (p. ex. de 600 à 700 g eqCO2/kWh pour l’éclairage contre 60 à 150 avec une approche moyenne). Cette approche a été développée en France principalement par RTE et l’ADEME6 (RTE/ADEME 2007). Cette approche est basée sur une prévision des changements impliqués par la construction d’un nouveau système (ACV conséquentielle). L’approche dynamique ou horaire : Il s’agit d’une déclinaison de l’approche moyenne et sera développée dans le paragraphe suivant. L’analyse du mix de l’électricité sera effectuée en tenant compte d’un scénario d’évolution temporel (au pas horaire) des modes de production électrique au cours de l’année. La quantification des impacts environnementaux est alors obtenue en affectant, à la consommation électrique considérée à un instant donné (une heure de l’année dans le cas d’une approche horaire) les impacts du mix électrique correspondant. L’ensemble des critères caractérisant un profil environnemental de l’électricité pourrait être listé de la manière suivante : 5
Rapport Union Française de l'Électricité « Défis climatiques nouveaux enjeux électriques_ Synthèse des propositions de l’UFE pour
mettre l’électricité au service de la croissance verte et de la réduction des émissions de CO2 », février 2009. 6
Le contenu en CO2 du kWh électrique : Avantages comparés du contenu marginal et du contenu par usages sur la base de
l’historique, ADEME RTE, 2007
60/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques Approche ACV
Représentativité
temporelle
Périmètre
Parc considéré
Pas de temps
attributionnelle
Année(s)
Production,
réelle(s),
par infrastructures
exemple 2008
conséquentielle
année type, par + transport (pertes)
exemple
représentative des
20
dernières
années
consommation
horo-saisonnier
nationale (y compris
importations)
scénario
spécifique
fournisseur
dont production nationale annuel
(y
compris
exportation)
+ distribution (pertes)
+ infrastructures (réseau)
à
Usage
tous usages
spécifique (chauffage,
climatisation, ecs…)
un mensuel
horaire voire infrahoraire
Tableau 9 : Synthèse des différents choix méthodologiques pour la prise en compte de la production d’électricité.
61/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques Exemple de la modélisation dynamique du mix de production d’électricité implémenté dans EQUER Le terme « ACV dynamique » fait référence d’une part à une ACV prenant en compte la variation de certains paramètres au cours du temps, d’autre part à des effets conséquentiels : l’usage de l’ACV peut dans certains cas conduire au développement d’une technologie qui induit en retour une modification des impacts environnementaux considérés comme hypothèse de départ. Par exemple le bilan carbone incite à développer le chauffage électrique, mais ce développement induit une forte demande de pointe, qui modifie le mix de production et donc les impacts liés à l’usage de l’électricité. Il semble alors judicieux d’élaborer un modèle prenant en compte ces effets dynamiques. Evolution du mix de production électrique au cours du temps RTE fournit depuis 2007 les données horaires de production d’électricité sur une année, en fonction des différents modes de production : -
Nucléaire Hydraulique Charbon+gaz Fioul+pointe Ces données apportent des informations d’un grand intérêt dans le cadre de l’ACV du bâtiment. En effet le mode de production de l’électricité (et donc les impacts sur l’environnement qui y sont associés) dépend fortement de l’usage fait de ce type d’énergie, et plus particulièrement de la dynamique de ces usages. Ainsi les pics de demande d’électricité, liés par exemple à l’usage de chauffage électrique, nécessitent la mise en route de moyens de production de pointe, en particulier des centrales thermiques engendrant de fortes émissions de CO2. 62/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques Impact carbone du kWh produit (gCO2eq/kWh) en fonction de la puissance appelée (MW) en 2008
140
120
100
80
60
40
20
0
35000
40000
45000
50000
55000
60000
gCO2/kWh
65000
70000
75000
80000
Linéaire (gCO2/kWh)
Evolution de la production et du taux de CO2 : Mercredi 14 Novembre 2012
gCO2eq 23:00
22:00
21:00
20:00
19:00
18:00
‐10000
17:00
20
16:00
0
15:00
30
14:00
10000
13:00
40
12:00
20000
11:00
50
10:00
30000
09:00
60
08:00
40000
07:00
70
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50000
05:00
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04:00
60000
03:00
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100
00:00
80000
10
0
‐20000
Soldes
Nucléaire
Autres
Hydraulique
Charbon
Gaz
Eolien
Fioul + pointe
Taux de Co2 production
Pour illustrer ces propos, un exemple récent ci‐dessus sur la production et le taux de CO2 associé pour le mercredi 14 novembre 2012 63/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques Production d'électricité nucléaire en France en 2008
Production d'électricité de pointe et au fioul en France en 2008
64/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques Production d'électricité au charbon et au gaz en France en 2008
Afin d’évaluer les impacts liés aux différents usages de l’électricité dans un bâtiment, il serait utile de disposer d’un modèle permettant d’évaluer le mix de production au cours du temps. Ce mix dépend de la saison (et surtout de la température), du jour de la semaine et de l’heure. L’objectif est ici d’élaborer un modèle en exploitant les données disponibles pour l’année 2008. Le modèle est ensuite ramené à une année fictive de référence. Cette démarche sera appliquée pour chaque mode de production, ainsi que pour la production totale, afin de déterminer des tendances d’évolution du mix énergétique horaire. Les impacts sont évalués sur une durée d’analyse qui peut être longue (par exemple 50 ou 100 ans), ce qui entraîne une incertitude importante en particulier en ce qui concerne le mix de production électrique. Pour réduire cette incertitude, il est possible de diviser les valeurs d’impact par la durée d’analyse de manière à évaluer les impacts sur une année proche, en supposant que les moyens de production ne varieront pas trop sur une courte période. Une périodicité apparaît comme manifeste sur les courbes. L’analyse des données passe donc dans un premier temps par une analyse de Fourier, afin de déterminer les fréquences déterminantes dans la description du signal. 65/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques Spectre des données correspondant à la production d'électricité nucléaire en France en 2008
(en haut à gauche), à la production de pointe et au fioul (en haut à droite), ainsi qu’au
charbon et au gaz (en bas)
A partir de ces fréquences, on cherche à déterminer la fonction décrivant, en fonction du temps et de données en température, les courbes de production d’électricité. Afin d’étudier l’existence d’un lien entre la production d’électricité et son utilisation pour du chauffage, il est intéressant de chercher le lien entre cette production et l’évolution des températures en France. En première approche une température moyenne nationale sera considérée, en utilisant des relevés horaires pour chaque station météo considérée comme représentative des trois principales zones climatiques de la règlementation thermique (soit Macon, Agen et Nice), pondérés par la population associée à chaque zone, comme explicité dans la formule suivante : ∗
∗
∗
Où , et sont les températures relevées aux trois stations météorologiques considérées (Macon, Agen et Nice), et , et respectivement la population de chaque zone. RTE considère dans ses modèles une température de référence calculée sur une moyenne pondérée de 32 stations françaises. Une méthode plus simple avec trois zones a été considérée ici pour une question d’accessibilité des données. L’objectif est alors de déterminer, en utilisant l’algorithme de Levenberg‐
66/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques Marquardt permettant d’implémenter une méthode des moindres carrés non‐linéaires, une fonction permettant de décrire l’évolution de la production dépendant du temps et de la température électrique. On cherche donc des fonctions de la forme : ,
∗ cos
∗
Où les correspondent aux n fréquences préalablement déterminées par analyse de Fourier. Les , qui caractérisent la dépendance paramètres à déterminer sont les différentes expressions
en température de l’amplitude de chaque variation périodique, les grandeurs , caractérisant la , rendant compte d’éventuelles localisation temporelle des variations, et la fonction
évolutions de la production en fonction de la température, et non directement en fonction du temps. Une fois les différentes expressions déterminées, elles sont validées par application aux courbes de production et de température d’une autre année, par exemple 2009. Il convient ensuite d’exploiter les informations fournies par les expressions obtenues, afin d’affiner le calcul des impacts environnementaux des différents usages de l’électricité. Ainsi l’analyse des différentes morphologies d’évolution sur la production totale permet de déterminer quels usages en sont la source. On considère 4 types d’usages : base (homogène sur l’année), saisonnier, usages liés aux jours ouvrés et usages journaliers. L’analyse d’un spectre fréquentiel sur la puissance de chauffage montré ci‐dessous confirme l’analogie adoptée dans cette première approche entre le mix saisonnier et les besoins de chauffage (nette prédominance de la fréquence 1/8736 h‐1). Les autres usages sont déduits de même : analogie entre les usages de base et la production d’eau chaude, les usages liés aux jours ouvrés et les usages professionnels, les usages journaliers et les usages domestiques. 67/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques En effet, on peut déterminer trois morphologies spécifiques. Une tendance annuelle, qui présente plusieurs caractéristiques : L’existence d’un minimum global au cours de la période chaude de l’année, par rapport auquel, au cours de cette même période, apparaissent un maximal local et une hausse globale de la production. Une première analyse peut permettre de considérer que cette hausse locale correspond à l’utilisation de climatisation. La valeur de production atteinte à ce minimum local peut être considérée comme correspondant aux usages constants d’énergie électrique au cours du temps, et donc indépendants de la température. 68/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques Production totale d'électricité en France en 2008, heure par heure
Ainsi la partie de la production d’électricité correspondant à la différence entre ce minimum global et les valeurs atteintes au cours de la période froide peuvent être reliées à un usage de l’électricité liée au chauffage. On observe aussi une tendance hebdomadaire, où la production d’électricité est maximale sur les cinq premiers jours (avec des maximums locaux dont la valeur reste quasiment constante), et une production dont l’importance est atténuée au cours du week‐end. 69/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques Production totale en France en 2008, zoom sur les semaines 8 et 9
Figure 11: source RTE
http://clients.rte-france.com/htm/fr/vie/telecharge/prev_conso_elec.pdf
Cette tendance peut être considérée comme illustrant l’influence des usages professionnels de l’électricité, qui se superposent aux usages domestiques, qui eux apparaissent seuls (ou presque) pour les deux derniers jours de la semaine. Ainsi le rapport qui existe entre les valeurs maximales atteintes au cours de la semaine et celles atteintes au cours du week‐end peut constituer un premier élément d’évaluation de l’importance des différents usages de l’électricité. On observe enfin une tendance journalière, qui met en avant deux pics de production, l’un atteignant son maximum dans la journée à 13 heures, l’autre à 21 heures. En hiver le pic du soir est le plus important, en été, le pic matinal prend le dessus, un phénomène dû notamment au passage à l’heure 70/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques d’été. Ces pics correspondent vraisemblablement à un usage domestique d’électricité, et devront donc être traités comme tels. Production totale d'électricité en France en 2008, exemple du jour 56
L’étape suivante a consisté en la détermination des fonctions décrivant les différents types de production d’électricité, puis en une formalisation mathématique de la relation entre usage et mode de production, qui sert de base à l’évaluation des impacts pour chaque type d’utilisation de l’électricité intervenant dans le bâtiment. Ce modèle a été implémenté dans EQUER. Une unité de programmation à part regroupe toutes les procédures attachées à ce calcul. Celles‐ci interviennent en 5 étapes, suite au choix de l’utilisateur de calculer les impacts relatifs à l’usage de l’électricité de manière dynamique : -
-
-
Etape 1 : Initialisation de la librairie : les données définissants les mix par usage ainsi que les impacts environnementaux relatifs à chaque mode de production sont chargés en librairie Etape 2 : Lors de la récupération des données sur le bâtiment venant de COMFIE, le programme créé des tableaux de données de besoins horaires pour chaque usage (Chauffage+Climatisation, Eclairage, ECS, Electricité spécifique autre) pour chaque zone (sauf ECS) et production horaire (pour tout le bâtiment, photovoltaïque par exemple). Ces tableaux sont remplis grâce aux données issues de COMFIE. Etape 3 : Les besoins en électricité sont extraits des besoins totaux pour le Chauffage, la Climatisation et l’ECS, grâce aux informations fournies par l’utilisateur dans l’interface EQUER sur les types d’équipements répondant aux besoins. Etape 4 : Une éventuelle production d’électricité renouvelable locale est soustraite des besoins (si l’utilisateur a fait le choix d’un traitement intégré de cette production), au prorata des différents usages. Les besoins restants sont rapportés aux mix par usage afin de 71/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques déterminer la part de chaque moyen de production satisfaisant cette consommation et d’en déduire les impacts environnementaux correspondants. - Etape 5 : La production locale d’énergie renouvelable soit résiduelle (cas d’un traitement intégré) soit totale (traitement indépendant) est comparée au mix de production horaire du réseau pour évaluer les impacts environnementaux évités par cette production. Les procédures s’intègrent dans l’architecture existante pour ne modifier que le calcul de l’électricité en phase d’utilisation. Exemple de résultats sur une étude de cas Cette méthode de prise en compte de la variation temporelle des impacts de l’électricité a été testée par Armines sur une étude de cas dérivée de la Maison INCA double‐mur de la plateforme INES à Chambéry. Les besoins en chauffage ont été évalués par simulation thermique dynamique à 18 kWh/m²/an. Des apports internes correspondant à la réglementation thermique 2012 pour la zone H1 (soit 2060 kWh sur l’année) ont été considérés dans les calculs STD. Une consommation de 360 kWh a été ajoutée dans l’ACV pour prendre en compte des consommations d’électricité spécifique ne constituant pas des apports internes (par exemple l’électricité utilisée pour chauffée l’eau d’un lave linge ne constitue pas un apport interne de chaleur car l’eau chaude est évacuée vers l’égout avant d’avoir cédé sa chaleur au bâtiment). La consommation d’eau chaude est de 40L/personne/jour. Les déchets ménagers et le transport des occupants ne font pas partie du périmètre de cette étude. La maison est équipée de 4m² de panneaux solaires thermiques installés sur le balcon au Sud et inclinés à 71,7°. La toiture Sud est couverte de 39.3m² de panneaux photovoltaïques, inclinés à 26.5°. L’analyse de cycle de vie a été d’abord réalisé en utilisant le mix moyen annuel de référence proposé en 3.3.4, puis en utilisant la méthode de mix dynamique par usage. On constate une différence importante entre les deux méthodes (Figure 12), notamment concernant les indicateurs Energie primaire et déchets radioactifs, liés à l’utilisation de l’énergie nucléaire. Les indicateurs d’effets de serre, d’épuisement des ressources abiotiques et d’acidification sont également modifiés de façon non négligeable. Les effets de l’introduction de la dynamique de la production d’électricité et de la différenciation des usages sont multiples et parfois opposés : -
L’eau chaude sanitaire mobilise de l’électricité la nuit et toute l’année, ce qui correspond à une production en base, correspondant majoritairement à des technologies nucléaire et hydraulique au fil de l’eau. Les impacts sont donc augmentés en ce qui concerne les déchets 72/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques -
-
-
-
radioactifs et l’énergie primaire lorsqu’on utilise un mix dynamique par rapport au mix moyen. L’électricité spécifique est quand à elle lié à un mix de semi‐base et de pointe, constitué d’une plus grande part d’hydraulique (de lac) et de thermique fossile par rapport au mix moyen. L’impact est donc moindre sur l’énergie primaire, notamment du fait de l’hydraulique mais il est plus important sur les indicateurs liés aux technologies thermiques fossiles (effet de serre, acidification, épuisement des ressources abiotiques). Le chauffage électrique (et la climatisation si elle existe, ce qui n’est pas le cas dans la maison étudiée ici) est évalué par un mix saisonnier composé de nucléaire et de thermique, ce qui renforce en particulier les impacts liés aux technologies thermiques par rapport au mix moyen. Suivant les usages présents, leur mix associé et leur variation temporelle, les impacts évités par la production d’électricité sur la parcelle sont très variables. La cogénération produisant en hiver va éviter davantage de production thermique que si un mix moyen est considéré, le photovoltaïque va plutôt éviter une production nucléaire, surtout dans le cas présent où il n’y a pas de système de climatisation. L’étude de cas porte sur une maison individuelle. Les résultats seraient différents si l’on considérait un bâtiment tertiaire, dont les besoins seraient plus centrés sur la journée, avec présence de climatisation, pouvant coïncider avec une production de type photovoltaïque. Résultat de l'ACV
Effet de serre (100 ans)
1,5
Odeur 1,25
Acidification
1
0,75
0,5
Dommage à la santé
Demande cumulative d'énergie
0,25
0
‐0,25
‐0,5
Déchets radioactifs
Eau utilisée
‐0,75
Dommage à la biodiversité
Déchets produits
Production d'ozone photochimique
Epuisement ressources abiotiques
Eutrophisation
Mix annuel moyen
Mix dynamique par usage
Figure 12: Résultats de l’étude de cas : mix dynamique (rouge) et mix moyen annuel (bleu)
Dans cette étude de cas, la consommation électrique correspond majoritairement à un mix de semi‐
base et de pointe car la préparation d’ECS est assurée à environ 60% par le système solaire thermique. Ceci réduit la génération de déchets radioactifs. Par contre la production photovoltaïque est plus importante en été, d’où une réduction importante des déchets radioactifs dans le modèle basé sur le mix dynamique (Figure 13). 73/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques Figure 13: Contribution des différentes phases aux indicateurs Effet de serre, Energie Primaire et Déchets radioactifs Après normalisation des impacts, obtient le graphe présenté ci‐dessous (Erreur ! Source du renvoi introuvable. 14). L’indicateur d’eau utilisé a été retiré pour plus de lisibilité (respectivement 64 et 63 habitants‐équivalents en moyen et dynamique). La modélisation dynamique influence des impacts qui sont critiques pour la prise de décision, comme l’effet de serre dans ce cas‐ci. 30
Profil environmental normalisé
Habitants équivalents
25
20
15
10
5
0
‐5
Mix moyen
Mix dynamique
Figure 14 : Impacts normalisés, méthode du mix moyen annuel et méthode dynamique par
usage
74/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques La prise en compte de la variation temporelle des usages et de la production d’électricité influence de façon significative les résultats de l’analyse environnementale. C’est donc un paramètre qu’il est important d’intégrer dans les outils d’analyse de cycle de vie des ensembles bâtis. 3.4 DEFINITION DU PERIMETRE FONCTIONNEL
Problématique liés à la notion d’usages « liés » et « non‐liés » au bâti Il est supposé ici que le périmètre spatial considéré est la parcelle. 3.4.1.1. La terminologie « liés au bâti » et « non-liés au bâti »
Il s’agit de la terminologie utilisée par la norme européenne sur la performance environnementale des bâtiments NF EN 15978. La classification de ces usages est définie par les documents cadres de la manière suivante : -
-
-
Usages immobilier (ou liés au bâti) et réglementés : Ils correspondent aux usages définis au niveau national dans la règlementation thermique des bâtiments RT2012 par la méthode Th‐
BCE [1] et au niveau européen par la directive sur la performance énergétique des bâtiments EPBD qui s’appuie notamment sur la norme EN 15603. Ils incluent : o Le chauffage ; o Le refroidissement ; o L’eau chaude sanitaire ; o La ventilation ; o L’éclairage ; o Les auxiliaires de distribution. Usages immobilier (ou liés au bâti) non règlementés à date ou « autres usages intégrés au bâti » d’après EN 15978 [3] à savoir : o Les ascenseurs, o L’éclairage et les ventilations des parkings ; o L’éclairage extérieur o Les systèmes de communication o Les systèmes de sécurité incendie o Etc. Usages mobilier (ou non‐liés au bâti) et donc non règlementés o Pour le résidentiel il s’agit principalement des usages spécifiques de l’électricité (électroménager, hifi, etc.) et du poste cuisson. 3.4.1.2. La terminologie d’usages « immobilier » et « mobilier » : Une
segmentation utile pour adapter les outils aux acteurs visés
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BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques Afin de contribuer à poser des éléments de langages partagés et un cadre méthodologique clair pour l’objet étudié (la parcelle) et pour les fonctionnalités proposées par les outils de conception (ELODIE‐
COMETH/EQUER‐COMFIE) il est utile de définir certains concepts en lien avec les usages de l’énergie et par extension avec les impacts environnementaux. A cette fin nous proposons quelques définitions simples. Type d’usage Caractère règlementaire Exemples Immobilier (Uimob) Règlementés (Th‐BCE) Chauffage, ventilation, etc. Non‐ règlementés (non inclus dans Th‐BCE) Ascenseurs, éclairage parking, etc. Non‐ règlementés (non inclus dans Th‐BCE) Usages liés à l’activité (électroménager, etc.) Mobilier (Umob) On entend par usage immobilier (Uimob) tous les usages de l’énergie qui sont possibles immédiatement après la livraison du bâtiment sans aucun ajout de la part de l’exploitant ou de l’usager. Cette définition est opposable. Certains de ces usages sont règlementés et pris en compte actuellement dans la Th‐BCE, d’autres ne le sont pas. Exemples : le chauffage est un usage immobilier règlementé. La mobilité verticale par les ascenseurs est un usage immobilier non règlementé. On entend par usage mobilier tous les usages de l’énergie qui sont possibles du fait de l’ajout de produit(s) après la livraison du bâtiment. Exemple : l’usage des produits blancs est un usage mobilier si à la livraison le bâtiment n’est pas équipé de produit blanc. Si à la livraison le bâtiment est équipé de hotte alors la hotte est un usage immobilier en l’occurrence non réglementé à date. Les Umob sont surtout portés par le vecteur électrique et sont souvent associés aux usages spécifiques de l’électricité mais cela n’est pas exclusif (ex. : cuisson). Dans ce qui suit la comptabilité est étendue à tout ce qui se passe sur la parcelle. Dans ce cas, les Umob devraient être considérés si on vise à l’exhaustivité des bilans. Il est clair que le travail est considérable. Une approche incrémentale encadrée par des considérations génériques parait pragmatique à ce stade. On trouvera en chapitre 4.6 et 4.6.2.2 ce qui nous parait être les Umob à implémenter en priorité. 76/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques L’intérêt de cette segmentation est qu’au premier ordre (des nuances sont explicitées plus bas) elle rend bien compte des champs d’action des deux acteurs que sont le maître d’ouvrage et l’exploitant/usagers. Ces deux acteurs sont a priori les acteurs visés par les outils de conception et de sensibilisation. 
Le maître d’ouvrage est responsable, par définition, des choix qui portent sur les usages immobilier alors que l’exploitant/usagers est responsable, par définition, des choix qui portent sur les usages mobiliers. Bien entendu chacun évolue dans son champ de contrainte : tout n’est pas possible ; A contrario, le maître d’ouvrage pour les besoins de conception (au sens large) doit ‐concernant les usages mobiliers‐ faire des hypothèses sous forme de valeur(s) par défaut car ce n’est pas lui qui décidera et symétriquement l’exploitant/usagers subit les décisions relatives aux usages immobiliers: Concernant les méthodes de calcul de ces usages, nous proposons, suivant la typologie d’acteur visée soit un paramétrage (choix) soit des hypothèses de valeurs par défauts : Evidemment il est souhaitable que les deux modes de l’outil ou les deux outils (pour le concepteur ou pour l’exploitant) soient cohérents entres eux. Du point de vue du MO, au‐delà des impératifs de conception (apports de chaleur notamment), la cotation des Umob permet de poser une mise en perspective de ses choix avec ce qui arrivera ensuite mais qui n’est pas de sa responsabilité. En, effet il nous paraitrait utile de faire émerger le plus tôt possible les conséquences des actes des uns et des autres afin de ne pas s’engager dans un processus d’optimisation qui agit éventuellement sur des postes marginaux dans la vue d’ensemble. Exemple : pour une zone de bureaux, le MO en général ne peut s’engager sur le taux d’équipement en informatique accueilli dans un local « bureaux » mais il devra faire des hypothèses pour étudier le 77/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques confort d’été par exemple. L’exploitant devrait/pourrait lui connaitre le parc informatique installé, externaliser les serveurs, s’équiper en composant Energy Star, stimuler l’usage de la mise en veille de l’unité centrale, etc. 3.4.1.3. Mobilier/immobilier une segmentation imparfaite
Si l’on revient aux usages de l’énergie, la segmentation proposée mobilier/immobilier est utile mais est poreuse. Les choix du concepteur conditionnent toujours le cadre de l’exploitant/usagers mais certains choix du concepteur peuvent ouvrir ou fermer le champ des possibles en matière d’Umob pour l’exploitant / usagers. Exemple 1: la présence d’un local aéré pour sécher le linge contribue a priori à l’absence de sèche‐linge qui est un Umob, Exemple 2 : la possibilité de branchement d’eau chaude sur un ballon ECS gaz ou solaire peut contribuer à abaisser la consommation Joule des Umob lavages. Nous proposons que les hypothèses par défaut proposées au concepteur soient modulées dans le sens qui favorise l’initiative du MO même si rien ne permet d’être certain que le potentiel sera effectivement réalisé puisque cela n’est pas in fine de la responsabilité du MO. Dans la pratique cela se traduit par l’utilisation de données spécifiques pour l’évaluation des usages énergétiques mobiliers de chacune des alternatives de conception (c.à.d. calculées en fonction du système énergétique permettant, par exemple, la mutualisation d’usages ou l’utilisation de systèmes performants pour les usages mobiliers). Selon le contexte de l’étude, les scénarios d’utilisation des usages mobiliers (fréquences d’utilisation journalières, nombres de cycles produits blancs etc.) peuvent être fixés, notamment dans le cas d‘études comparatives ou le benchmark de différents bâtiments.  Un risque de défaut de comptabilité pour les Umob: Le risque, exposé ci‐dessous, est latent pour tous les usages de l’énergie mais compte tenu de son caractère nouveau qui s’impose aux acteurs particulièrement pour le bâtiment neuf par suite de l’impact des usagers et par suite de la volonté d’exhaustivité de la comptabilité environnementale il nous parait important ici de l’expliciter pour les Umob. En l’état actuel (cela est vrai au moins pour COMETH) les scénarii d’occupation portent sur les scénarii d’apport interne de chaleur en plus des apports interne à cause des systèmes modélisés explicitement (ex perte de chaleur des ballons ECS, éclairage etc.). Ces apports internes ont deux causes : d’une part le métabolisme humain et d’autre part les dissipations thermiques de ce qui a été 78/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques ajouté après la livraison du bâtiment Une part de ces apports internes est donc une image thermalisée des Umob. Compte tenu du périmètre de comptabilité énergétique actuel (au moins pour COMETH) la conséquence est double : -
-
les appels de puissance des usages immobiliers règlementaires sont impactés par les Umob (comptabilisés comme une charge thermique) ce qui est correct et souhaité!: ex le chauffage chauffe moins, la climatisation doit fonctionner du fait de la présence d’occupants. L’énergie consommée par les usages mobiliers n’est pas comptabilisée en flux entrant dans le bâtiment dans le bilan ce qui n’est pas conforme à la réalité et constitue un défaut de cohérence si on vise à l’exhaustivité de la comptabilité physique. Le défaut de comptabilité peut biaiser une évaluation énergétique du bâtiment effectuée uniquement sur les usages immobiliers. En effet, les scénarios utilisés pour calculer la consommation énergétique des Umob vont avoir une importance majeure sur la performance calculée du bâtiment. Par exemple, les scénarios d’apports de chaleur interne conséquents aux Umob peuvent amener à diminuer les besoins de chauffage mais ne seront pas comptabilisés donc considérés comme « gratuit » dans l’évaluation énergétique. Pour les futures évolutions, le risque que nous soulignons ici est de tendre vers une comptabilité exhaustive mais défectueuse c’est à dire: -
sans conserver le couplage avec les usages de l’énergie déjà considérés par suite d’une accumulation mal pensée de modèles de calcul. en doublant certaine comptabilité par défaut de revisitation des apports internes actuels Schématisation d’un modèle thermique de bâtiment et traitement des usages mobiliers dans les bilans thermiques (selon le CSTB) : M : inertie, G : conductance thermique intérieure/extérieur ( température intérieure : T, température extérieure : Ta), QAUE : apports de chaleur par les usages mobiliers, Qreg : chaud froid apporté par les systèmes réglementés. En l’état actuel AUEénergie finale des usages mobilié tel que au compteur d’energie n’est pas compté. Cela montre que ‐en toute rigueur‐ on devrait dans les outils de calcul énergétique des bâtiments en fonctionnement considérer systématiquement la part des apports internes des Umob dans le 79/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques déroulement temporel des méthodes de calcul ET comptabiliser en cohérence l’énergie finale de Umob (c’est‐à‐dire pas uniquement la part thermalisée). C’est ce qui est fait dans la chaîne logicielle COMFIE+EQUER (mais par rapport à l’équation de la figure ci‐dessus, les locaux sont modélisés avec plusieurs températures et les apports solaires sont pris en compte). Cette exigence implique les problèmes de fond conséquents que nous détaillons ci‐après. 
Problèmes de fond pour incorporer correctement les Umob aux méthodes de calcul pour les outils de conception : Les problèmes de fond ci‐après concernent plutôt les Umob c'est‐à‐dire ceux en prise directe avec les comportements des personnes. Problème n°1 : une méconnaissance des usages De façon générale, la mauvaise connaissance des Umob (par rapport aux usages immobiliers déjà capturés par les méthodes actuelles) et l’exigence de dérouler un scénario temporel sont peu compatibles aujourd’hui. En effet, on dispose de peu d’éléments solides et récents pour justifier, autrement qu’à dire expert, d’une scénarisation temporelle des Usages mobiliers et ainsi que dans certains cas la part des apports internes (voir aussi problème n°2 ci‐dessous). De fait l’essentiel des développements en cours au CSTB visent, à court terme, une quantification annuelle en énergie finale fonction de certains déterminants. Pour progresser sur ce sujet il est impératif de se tourner vers le terrain. Le projet BENEFIS ne permet pas cela. Proposition : en attendant mieux, la scénarisation temporelle doit être simple et sauvegarder la cohérence des bilans annuels en énergie finale des Umob vis‐à‐vis des scénarii d’apports interne. Problème n°2 : diversité et robustesse On sait que d’une réalisation à l’autre (d’un occupant à l’autre toutes choses étant égales par ailleurs), un Umob est très variable sur une échelle annuelle. En énergie finale annuelle la moyenne et l’écart type peuvent être du même ordre de grandeur. Il est donc légitime –
actuellement‐ de supposer que cette variation est importante aussi au pas horaire d’une réalisation à l’autre (d’un logement à l’autre par exemple ou pour un même occupant d’une journée à l’autre par exemple), de sorte que la robustesse de l’approche : Indicateur = Indicateur(x , y , z , Moyenne(Umob)(t) ) par rapport à ce qu’on cherche plus probablement à atteindre : 80/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques Indicateur = Moyenne( x , y , z , Umob (t) ) se pose en supposant même que l’on dispose de Moyenne(Umob)(t) une représentation temporelle de l’usage mobilier moyen. Le problème est latent depuis le début par exemple à travers : les météos type y compris en conception, les températures de consigne chaud froid qui sont des hypothèses du MO (ou réglementaires), Mais la diversité des Umob (échelle annuelle, horaire, infra horaire) accroît la tension sur cette question. De même la volonté de calculer de façon non arbitraire pour un bâtiment donné la part exportée de l’électricité produite localement accroit aussi la tension sur ce problème. -
Cette question n’est pas adressée par BENEFIS. Problème n °3 : Différence entre Umob et activité Suivant la définition proposée, l’existence d’un Umob implique l’existence d’une machine. Cependant certains Umob sont la trace énergétique d’une activité qui peut être conduite sans machine (strictement parlant sans machine ou procédé dédié spécifiquement à cette activité). Dans ce cas il n’est pas cohérent de coter l’un sans coter (ou à minima) examiner l’autre : ceci repose le problème de la méconnaissance et du foisonnement des Umob notamment et le nécessaire travail d’explicitation des scénarii d’usage (eau énergie) pour progresser de façon cohérente. Exemple1 : le linge peut être séché sans sèche‐linge ce qui impacte sur le bilan des postes réglementés car le séchage même s’il s’opère spontanément consomme indirectement de l’énergie (chauffage en hiver) ou au contraire permet d’éviter des consommations (rafraichissement en été). o Exemple 2 : l’absence de lave‐vaisselle n’implique pas l’absence de l’activité « laver la vaisselle » ce qui interroge la scénarisation d’appel d’eau chaude et froide. o Proposition : l’implémentation d’un Umob dans une méthode de calcul doit interroger l’impact sur les hypothèses courantes des scénarii d’usages y compris sans machine. Les propositions à dire d’expert doivent être explicitées. o
81/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques Problème n°4 : Induction par la présence du bâtiment Pour certains Umob, il y a la possibilité que les machines supports à ces usages soient en dehors de la parcelle. On peut donc se trouver dans la situation où on sait avec certitude que l’activité aura lieu et pour ce qui est de l’usager/exploitant on sait qu’elle est externalisée. Le problème est donc le traitement méthodologique des Umob induit par la présence du bâtiment mais éventuellement externalisés en dehors de la parcelle. Ce questionnement n’est pas sans rappeler le questionnement relatif au traitement environnemental de l’énergie électrique exporté par le bâtiment. Exemple 1 : machine à laver collective Exemple 2 : externalisation des fonctions supportées par tout ou partie des serveurs sur le Cloud. Proposition : Cas1 : pour l’exploitant/usager : avec comptabilité des effets induits s’il y a exportation Cas 2 : pour le concepteur : cotation comme si non exportés. La mobilité inter‐bâtiment peut être vue comme un autre effet induit car il est certain que les usagers ne restent pas toujours dans le bâtiment. Ces problématiques ne sont pas traitées par le projet BENEFIS Affectation de l’énergie produite entre différents usages. Les méthodes règlementaires et normes pour l’évaluation des consommations énergétiques et des performances environnementales imposent de faire une distinction entre les usages immobiliers de l’énergie règlementés et les usages immobiliers de l’énergie non réglementés strictement attachés à l’usager final. Si un bilan environnemental poste par poste est souhaité, alors il est nécessaire d’identifier les consommations par vecteur énergétique, poste par poste. Affecter la production d’énergie photovoltaïque à plusieurs usages concomitants implique de définir des hypothèses « de répartition » (nécessairement conventionnelles par défaut de modèle physique sous‐jacent) de l’énergie produite aux catégories d’usages (utilisant le même vecteur énergétique) pris en compte dans les frontières de l’évaluation, puis aux usages au sein d’une même catégorie. La norme EN 15978 [3] recommande la démarche suivante : « Pour simplifier, il est supposé que l’énergie produite sur le site et consommée dans le bâtiment satisfait d’abord la demande en énergie en rapport avec le bâtiment, puis la demande en énergie sans rapport avec le bâtiment. 82/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques L’énergie fournie à l’extérieur ne doit pas être déduite de l’énergie provenant de l’extérieur nécessaire à l’exploitation du bâtiment ; seuls les avantages et les charges pour l’environnement supplémentaires résultant de l’énergie fournie à l’extérieur doivent être consignés dans le module D (Figure 8). » Figure 14:[EN 15978]: Affectation de l’énergie aux différentes catégories d’usage dans le
cas de l’énergie produite pour une consommation en rapport avec le bâtiment et sans rapport
avec le bâtiment.
La question de l’affectation entre les différents usages d’une même catégorie n’est pas abordée dans les normes. Deux possibilités : soit le même type de règle que précédemment est conservé, soit tous les usages sont couverts de la même façon : -
-
Système de vases communicants avec trop plein : pour un pas de temps donné, une fois que la production a couvert un usage en particulier, un autre usage est « rempli » et ainsi de suite. Cette approche nécessite de définir un ordre de priorité conventionnel entre les usages. Ou bien, les usages voient un taux de couverture identique, égal au taux de couverture global de la production énergétique locale pour l’instant considéré, calculé de la manière suivante : Taux de couverture,t= EfPLE,t /Eftot, t Avec : EfPLE,t = Energie produite à l’instant t Eftot, t = Energie totale consommée à l’instant t Note : 83/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques Cette convention est utilisée seulement lorsque la production est inférieure à la consommation pour les usages considérés et concomitants, dans le cas contraire, l’ensemble des usages sont couverts par la production d’énergie locale, le surplus étant considéré comme exporté. Les tableaux et figures suivantes illustrent ces différentes approches à travers un cas d’étude théorique. L’exemple proposé ici montre la répartition d’une production d’énergie locale (PLE) vers trois usages énergétiques différents : le chauffage, l’ECS, et la machine à laver. Tableau 10:Comparaison de deux méthodes d'affectation de la production locale d'énergie
vers différents usages concomitants pour un instant donné.
PLE
Production et
demande énergétique
Taux de couverture
Demande
énergétique de
l'usage couverte par
la PLE
Demande
énergétique de
l'usage non couverte
par la PLE (énergie
importée)
1
Affectation "Taux de couverture
Affectation "vases
identique"
communicants"
Demande
Machin
énergétique
Machine à
chauffage
ECS
eà
chauffage ECS
totale
laver
laver
1,6
1
1,6
0,4
1
0,2
0,4
1
0,2
63%
63%
63%
100%
60%
0%
0,25
0,625
0,125
0,4
0,6
0
0,15
0,375
0,075
0
0,4
0,2
84/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques Demande énergétique de l'usage non couverte (énergie
importée)
Demande énergétique de l'usage couverte par la PLE
1,8
Affectation "taux de couverture identique"
1,6
1,4
Affectation "vases communiquants"
1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
PLE
Demande chauffage
énergétique
totale
ECS
Machine à
laver
chauffage
ECS
Machine à
laver
Figure 15: Comparaison de deux méthodes d'affectation de la production locale d'énergie
vers différents usages concomitants pour un instant donné.
Cette problématique, bien qu’importante pour obtenir des informations quant à la contribution d’un usage ou d’un autre à la consommation globale du bâtiment n’a pas de conséquence sur la performance environnementale du bâtiment dans le cas où l’ensemble des usages ayant lieu sur la parcelle (mobiliers ou immobiliers) sont considérés dans l’objectif de l’étude. En effet, prenons par exemple le cas d’une production d’énergie locale concomitante avec une consommation d’énergie pour deux usages, l’un immobilier (par exemple le chauffage représenté Figure 13), l’autre mobilier (par exemple la machine à laver). Si le périmètre de l’étude se cantonne aux usages immobilier, la convention d’affectation de la production locale vers un usage immobilier plutôt que vers un usage mobilier (non considéré dans le périmètre de l’étude) aura in fine une influence sur le profil environnemental du bâtiment (les conventions choisies vont modifier les résultats totaux, le bilan énergétique du bâtiment reflètera les conventions d’affectation). À contrario, si l’ensemble des usages énergétiques sont pris en compte, la convention d’affectation de la production locale entre les différents usages ne changera pas le profil environnemental global du bâtiment (le bilan d’énergie du bâtiment pour l’ensemble des usages ne reflète plus les conventions d’affectation de la production locale). 85/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques D’une manière générale, le périmètre spatial considéré pour la quantification des flux énergétiques dans la phase d’utilisation est la parcelle. L’exportation d’énergie peut être prise en compte par la méthode des co‐produits (le système inclut deux produits : le bâtiment et la fourniture d’énergie, les impacts globaux sont alors répartis entre ces deux produits par une procédure d’allocation) ou par la méthode des impacts évités (les impacts évités par la fourniture d’énergie, qui évite une production équivalente, sont retranchés des impacts globaux pour obtenir les impacts du bâtiment). ARMINES propose de retenir la seconde méthode et le CSTB a priori, la première. L’exportation suppose pour sa quantification la connaissance de TOUS les usages de la parcelle. BENEFIS propose que l’affectation de la production aux différents usages se fasse au prorata de la consommation de chaque usage. La variabilité temporelle des usages et de la production devant être prise en compte. Plusieurs modèles sont proposés pour évaluer les impacts liés à la consommation d’électricité, depuis une approche statique considérant un mix moyen annuel jusqu’à une approche dynamique modélisant l’évolution temporelle du mix selon différents usages. L’analyse de cycle de vie conséquentielle est proposée en perspective. La prise en compte d’usages non réglementés, en particulier mobiliers, pose certaines questions sur la cohérence entre les calculs thermiques, prenant en compte les apports de chaleur liés à ces usages, et l’ACV intégrant les impacts environnementaux liés aux consommations énergétiques et aux équipements correspondant. 86/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques 4
MODELES POUR L’EVALUATION DES CONSOMMATIONS ET DES
PRODUCTIONS LOCALES
4.1 CHAUFFAGE ET CLIMATISATION
4.1.1 Evaluation des besoins 4.1.1.1. COMFIE
Les besoins en chauffage et climatisation sont évalués dans COMFIE par simulation thermique dynamique, par analyse de l’écart entre une température de consigne et de la température extérieure. Un grand nombre de paramètres constitutifs du bâtiment sont pris en compte : isolation, inertie, ventilation, puissance dissipée apportée par les appareils électriques et électroniques et les occupants, apports solaires passifs. Le bâtiment est découpé en zones thermiques et l’évaluation des besoins se fait pour chaque zone suivant ses caractéristiques particulières et ses liens avec les autres zones. Les besoins sont ainsi évalués heure par heure sur une année complète. Les impacts environnementaux sont ensuite déterminés suivant le mix électrique spécifique au chauffage (dans le cas du chauffage électrique) et à la climatisation. Celui‐ci est calculé en faisant un bilan, sur la période froide de l’année (période de chauffe de 26 semaines), de la différence entre la valeur atteinte au moment du minimum hebdomadaire et celle correspondant à la production de base. La production résiduelle correspondant aux écarts entre minimum hebdomadaire et production de base pendant la période chaude détermine le mix alloué aux besoins de climatisation. 4.1.1.2. COMETH
Le modèle thermique détermine les besoins en énergie à fournir au bâtiment à chaque pas de temps (heure), compte tenu des conditions intérieures (déperditions, apports solaires, apports internes, occupants, etc.) et extérieures (température, ensoleillement, vent, etc.) mais aussi de la dynamique interne du bâtiment (inertie, intermittence, etc.). Ces besoins sont ensuite majorés des pertes de distributions (lorsque cette dernière est hydraulique), calculées à partir de caractéristiques géométriques et énergétiques (longueur, débit, classe d’isolation). COMETH calcule les consommations de refroidissement d’un bâtiment de la même manière que les consommations de chauffage (émission, distribution, génération). Il est possible de limiter les consommations de refroidissement à l’aide de systèmes passifs de rafraîchissement (ouverture des fenêtres, fermeture des protections mobiles,…). 4.1.2 Equipements 87/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques 4.1.2.1. COMFIE
La consommation des chaudières est calculée en fonction du taux de charge évalué heure par heure, des données de rendement nominal, à charge partielle et des pertes à vide. Les modèles de pompe à chaleur (PAC) intégrés au simulateur COMFIE font le lien entre le comportement thermique du bâtiment, et donc les déperditions de chaleur et ses besoins de chauffage, les conditions climatiques extérieures (la température notamment) et les performances et modes de fonctionnement des différents matériels disponibles (auxiliaires inclus), en se basant notamment sur des données constructeurs expérimentales. Ainsi la température et les déperditions thermiques du bâtiment (et donc ses besoins de chauffage) déterminent le mode de fonctionnement d’une PAC (pleine charge ou charge partielle), son efficacité variant selon ces différents paramètres. Pour bien modéliser le fonctionnement d’une pompe à chaleur, il est important de bien connaître les caractéristiques de fonctionnement de cette dernière. Il sera donc intéressant, lors de l’intégration de ce type de dispositifs dans un bâtiment, de disposer des courbes de fonctionnement appropriées (puissance calorifique en fonction de la température extérieure, COP en fonction du taux de charge), qui peuvent être obtenues par corrélation à partir de différents points de fonctionnement pour lesquels les différentes grandeurs sont connues. Les autres équipements sont modélisés de manière similaire à COMETH (cf. ci‐dessous). 4.1.2.2. COMETH
La liste des équipements de chauffage et refroidissement de COMETH est actuellement la suivante : 1. Générateurs à combustion : chaudière gaz ou fioul standard, basse température ou à condensation, Chaudière bois classe 1, 2 ou 3, Radiateurs gaz, Générateur d’air chaud standard, Générateur d’air chaud à condensation, Tube radiant gaz, Panneau radiant au gaz 2. Système de cogénération 3. Réseaux de fourniture de chaleur ou froid 4. Générateurs poêles à bois et inserts 5. Générateurs électriques à effet joule : Convecteurs électriques, Panneaux rayonnants électriques 6. Générateurs thermodynamiques Electriques : PAC à compression électrique : PAC air /eau, PAC air extérieur / air recyclé, PAC air extrait / air neuf, PAC eau de nappe / eau, PAC eau glycolée / eau, PAC eau de nappe / air, PAC eau de boucle /air, Thermofrigopompe , DRV 7. Générateurs thermodynamiques Gaz : PAC à absorption : PAC air /eau classique, PAC air / eau haute température, PAC eau glycolée / eau classique, PAC eau glycolée / eau haute température, PAC eau / eau 8. Installations solaires thermiques : Générateur SSC Système solaire combiné La consommation de chacun de ces générateurs est calculée au pas de temps horaire pour chaque poste (ECS, chauffage, refroidissement) et pour chaque type d’énergie (électricité, bois, fioul, gaz, réseau de chaleur, charbon). Remarque sur les PAC chauffage et refroidissement : Les générateurs décrits dans la modélisation doivent fournir une certaine énergie au bâtiment. Les Pompes à Chaleur font partie des générateurs électriques de COMETH. Les modèles de Pompes à Chaleur sont adaptés à des sources froides variées : 88/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques ‐
‐
‐
air (air extérieur, air extrait en sortie de VMC, air ambiant eau (eau de nappe, eau de captage, tour de refroidissement sèche ou humide, boucle d’eau,…) sol (géothermie) Les PAC peuvent être mono‐service ou réversible. Les DRV, PAC sur boucle d’eau et thermofrigopompe sont également modélisables. Toutes les PAC sont caractérisées par deux matrices de performances, une pour la puissance absorbée par le compresseur, une autre pour le COP. Les valeurs de ces deux paramètres sont données à différentes températures amont et aval, pour un fonctionnement à pleine charge. A chaque pas de temps et à partir des températures calculées amont et aval, le moteur de calcul détermine les conditions de fonctionnement de la pompe à chaleur à pleine charge. Selon le modèle de PAC et selon les besoins en énergie, la PAC fonctionnera soit à pleine charge, soit à charge intermédiaire. 4.1.3 Chauffage urbain 4.1.3.1. EQUER
Le modèle EQUER évalue les impacts environnementaux de la chaleur fournie par un réseau en fonction du mix de production défini par l’utilisateur : Les inventaires correspondants sont issus de la base Ecoinvent, un mix moyen annuel étant pour le moment considéré pour la chaleur produite par l’électricité (qui intervient parfois en appoint donc généralement en faible quantité). Les impacts liés à la géothermie n’ont pas encore pu être quantifiés : il faudrait connaître la consommation des auxiliaires (pompes) et d’autres sources d’impacts éventuelles liées à cette énergie. La valorisation énergétique des déchets pose un problème d’allocation car un incinérateur d’ordures ménagères assure deux fonctions : le traitement des déchets et la production de chaleur. Il s’agit alors de répartir les impacts environnementaux, connus globalement, entre ces deux fonctions. Des pertes sont prises en compte en fonction de l’isolation et de la longueur des canalisations, ainsi que des impacts de fabrication du réseau. 4.1.3.2. ELODIE
89/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques Pour les consommations d’énergie dont le vecteur énergétique est le fluide d’un réseau urbain, ELODIE laisse la possibilité aux utilisateurs d’associer une fiche de données environnementales à celles‐ci. La base de données proposée à minima ne propose pas de profil par défaut. Un outil excel associé à ELODIE permet à partir des données de production d'un réseau, d’estimer les impacts d'un kilowattheure de chaleur distribuée. Les résultats obtenus doivent être saisis sous ELODIE en tant que nouvelle fiche Energie et celle‐ci associée au projet. Les limites de cet outil : La problématique des déchets comme source n’a pas été résolue de manière satisfaisante dans ce premier petit outil (problématique d’allocation des impacts). 4.2 EAU CHAUDE SANITAIRE
4.2.1 COMFIE Les besoins en ECS sont déterminés dans COMFIE par un modèle de chauffe‐eau à accumulation, éventuellement alimenté par un système solaire thermique, incluant : ‐ la quantité d’eau chaude nécessaire par personne ‐ la température moyenne mensuelle de l’eau froide en entrée du chauffe‐eau ‐ la température de sortie de l’eau, fixée à 55°C ‐ l’isolation du ballon d’eau chaude, qui induit des déperditions thermiques. ‐ consommation des auxiliaires Et dans le cas du solaire thermique : ‐
‐
la surface et les caractéristiques des capteurs l’efficacité de l’échangeur entre le circuit de captage et l’eau à chauffer. Il est important de tenir compte de l’occupation des lieux pour calculer les besoins en ECS. Les besoins en eau chaude sanitaire sont considérés comme un usage de base de l’électricité, dont l’importance absolue ne varie pas au cours de l’année. Le mix électrique relatif est donc très peu carboné, les productions de base étant en France l’hydraulique et le nucléaire. Aux usages de base correspond un volume de production pour chaque mode de production constamment mobilisé au cours de l’année. Il correspond au creux de production nocturne, le week‐end et en été, soit en théorie le minimum de production sur l’année. De nouvelles technologies ECS remplacent progressivement les ballons électriques à accumulation, aujourd’hui encore largement majoritaires (plus de 84% du marché). Alors que ceux‐ci fonctionnent en heures creuses, la nuit, de façon très régulière et peuvent ainsi être assimilés à un usage de base, les nouvelles technologies : chauffe‐eau solaire avec appoint électrique et ballon thermodynamique ont une courbe de charge qui colle beaucoup plus à la demande (matin et soirée) (voir bilan prévisionnel RTE 2011). De plus, l’apport solaire introduit une saisonnalité du besoin en ECS. Pour ces deux raisons, il convient de suivre attentivement l’évolution de ces technologies et d’envisager une révision du mix qui est alloué à l’ECS si elles se démocratisent. 90/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques 4.2.2 COMETH 4.2.2.1. Principe
La chaîne de production de l’Eau Chaude Sanitaire est modélisée par : 1) Une émission correspondant à la satisfaction du besoin de l'occupant ; 2) Une (ou des) distribution(s) correspondant aux réseaux alimentant les émetteurs ; 3) Une génération, correspondant à l'alimentation énergétique des réseaux de distribution. La génération contient éventuellement un élément de stockage. Schématiquement, les modèles de l’émission à la génération de l’ECS dans COMETH se décomposent ainsi : Figure 16 : la chaîne de production d'ECS Une génération d’ECS peut être constituée de plusieurs générateurs et de plusieurs éléments de stockage. 4.2.2.2. Les besoins d’ECS
Les calculs débutent toujours par l’évaluation des besoins d’ECS, c’est‐à‐dire la quantité d’énergie dont a besoin l’occupant. Ces derniers sont ensuite majorés des pertes de distribution puis des pertes de la génération (pertes de stockage et rendement des générateurs). Les besoins sont calculés à partir d’un volume hebdomadaire d’eau à 40°C. Ce volume est ensuite traduit en énergie puis « réparti » sur chaque heure de la semaine à l’aide d’un profil de répartition horaire. 91/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques Figure 17 : le calcul des besoins d'ECS dans COMETH A noter que le besoin « nominal » d’ECS est corrigé par un coefficient traduisant l’impact de la robinetterie ou des appareils sanitaires sur les besoins d’ECS, noté Corr‐egr,em‐e. D’après le détail des robinets (mitigeurs mécaniques, thermostatiques ou temporisateur) et des appareils sanitaires (petite ou grande baignoire), ce coefficient réduit ou augmente les besoins des occupants. 4.2.2.3. Le calcul des consommations d’ECS
Distributions Deux niveaux de distribution sont modélisés. Le premier correspond aux distributions individuelles, le second aux distributions collectives. Les distributions individuelles sont supposées non isolées. Les pertes thermiques sont calculées à partir d’un nombre de « bouchons d’eau froide », c'est‐à‐dire du nombre de fois que le volume d’eau contenu dans la distribution se refroidit jusqu’à la température ambiante. Facultatives, les distributions collectives (soit bouclées, soit tracées lorsqu’elles sont présentes) sont isolées. Elles sont caractérisées par un coefficient de pertes thermiques et par les longueurs aller et retour. Les pertes thermiques de distribution ainsi calculées sont ajoutées aux besoins d’ECS et « envoyées » à la génération. Génération La génération est l’ensemble des éléments de stockage et des générateurs. Nous distinguerons la production d’ECS par accumulation de la production d’ECS instantanée. 92/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques Le principe de fonctionnement d’un générateur (qu’il soit associé ou non à un ballon de stockage) est le suivant : Figure 18 : le calcul des besoins d'ECS dans COMETH Le modèle calcule les consommations horaires du générateur par poste (chauffage, froid, ECS) et par type d’énergie (électricité, gaz, réseau de chaleur, bois, fioul, charbon). Dans le cas d’une production d’ECS solaire ou thermodynamique, la consommation calculée correspond à l’apport d’énergie non renouvelable. 4.2.2.4. Les Chauffe-eau électrique ou thermodynamique
Pour les postes de chauffage et de refroidissement, les consommations coïncident généralement, à un pas de temps donné, avec les besoins. Pour l’ECS, la problématique est différente car la production d’ECS peut inclure des éléments de stockage. Les ballons d’ECS à génération électrique (Chauffe‐eau Thermodynamique ou cumulus électrique) ont pour principal intérêt de pouvoir fonctionner de nuit. Ce fonctionnement nocturne (le début et la fin sont variables du fait des plages tarifaires différentes d’une région à l’autre) contribue à lisser la courbe de consommation et atténue de fait les impacts environnementaux du poste ECS. Lorsqu’il y a un élément de stockage (modèle multizones) dans la production d’ECS, la demande d’énergie pour l’eau chaude sanitaire (besoins+pertes) est traduite en volume et puisée dans le ballon si sa température haute est suffisante. Le ballon contient un ou plusieurs générateurs qui réchauffent l’eau du ballon. En plus d’une régulation avec hystérésis pilotée par la température du ballon, la gestion de ces générateurs peut être soit « permanente » soit « de nuit ». Dans le premier cas, le générateur peut être appelé à chaque pas de temps ; dans le second cas, le générateur est asservi aux plages tarifaires de l’électricité et ne fonctionne que durant la nuit. 4.3 ECLAIRAGE
4.3.1 COMFIE 93/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques Pour l’évaluation des impacts environnementaux liés à l’éclairage, il est important de connaitre les besoins heures par heures. Cet usage de l’électricité participe en effet fortement aux pointes quotidiennes de 8h et 19h, en particulier en hiver. Dans l’outil EQUER, le calcul est effectué en deux étapes. Un appel au modèle RADIANCE, via le logiciel ENELIGHT, permet d’évaluer l’éclairement naturel dans toutes les pièces du bâtiment étudié. En fonction du niveau d’éclairement souhaité et du comportement des occupants, le modèle détermine ensuite si l’éclairage artificiel est allumé, ce qui permet d’évaluer la consommation d’électricité correspondante. Bien qu’étant un usage non prépondérant de l’électricité, son caractère ponctuel (donc non gérable par une mobilisation des moyens de production électrique de base) augmente dans son mix la part de production thermique, et donc les impacts environnementaux liés. D’après [Herfray,2011], le mix relatif à l’électricité spécifique, incluant l’éclairage, est même plus impactant (en particulier sur le changement climatique) que celui du chauffage électrique. Il est déduit une fois le mix de base (ECS) et le mix dépendant de la température calculé (chauffage et climatisation). Sur la production restante, représentant l’ensemble de l’électricité spécifique, l’étude de la différence de production électrique entre les jours ouvrés et les week‐ends permet d’évaluer la répartition entre usages domestiques (largement majoritaire le week‐end) et les usages professionnels superposés aux usages domestiques la semaine. Le facteur de répartition obtenu entre les deux types d’usages de l’électricité spécifique est moyenné par semaine (pour gommer d’éventuelles irrégularités de la production). Suivant la qualité de la zone du bâtiment (à usage professionnel ou résidentiel), le mix correspondant (électricité spécifique tertiaire ou électricité spécifique logement) est appliqué. 4.3.2 COMETH Il s’agit de calculer l’énergie lumineuse nécessaire pour apporter le complément de lumière artificielle, lorsque celle‐ci n’apporte pas le niveau d’éclairement requis dans les normes (exemple : EN 12464‐1 pour les lieux de travail → no on de plan de travail plutôt que de local). L’éclairage pris en compte correspond à celui nécessaire aux activités des occupants à l’intérieur des locaux chauffés. Le local d’éclairage Afin de valoriser différents systèmes de gestion et l’accès à l’éclairage naturel de parties spécifiques d’un groupe, la notion de local est introduite : 

un local a une puissance d’éclairage artificiel spécifique, un local dispose d’un seul mode de mise en marche et d’extinction de l’éclairage, ce qui se traduit par une valeur de C1 spécifique à ce local, 94/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques 


tout ou partie de la surface d’un local peut avoir ou non accès à l’éclairement naturel, si seulement une partie du local a accès à l’éclairement naturel, il peut y avoir une gestion de l’éclairage en fonction de la lumière naturelle uniquement dans cette partie du local (fractionnement ou « zonage » de l’installation). On définit donc deux coefficients C2 par local. le système de gestion fractionné gère indépendamment la partie ayant accès à l’éclairement naturel et la partie n’y ayant pas accès. Lorsque le système n’est pas fractionné, c’est la partie sans accès à l’éclairement naturel qui impose le fonctionnement de l’éclairage artificiel pour l’ensemble du local. Les étapes du calcul Nous distinguons ici les calculs de l’éclairement naturel de ceux, postérieurs, de l’éclairage artificiel. Etapes de calcul de l’éclairement naturel dans COMETH 1. Le fichier météo donne les rayonnements direct normal et diffus horizontal ; 2. On calcule les éclairements naturels direct normal et diffus horizontal à l’aide d’une équation polynomiale de degré 6 ; 3. On prend en compte l’environnement proche du bâtiment à savoir les masques proches et lointains, et on calcule des éclairements incidents sur chaque façade ; 4. Dans le modèle de Baies, les flux lumineux transmis au local sont évalués. Etapes de calcul de l’éclairage artificiel dans COMETH 


Description des locaux d’éclairage Calcul de l’autonomie en lumière du jour (pédagogique) Calcul des consommations d’éclairage o Définition d’une puissance surfacique et d’une puissance des appareillages et périphériques de gestion o Prise en compte du type de commande d’éclairage : coefficient C1 o Prise en compte de la gestion de l’éclairage artificiel selon l’apport de lumière naturelle : coefficient C2 o Calcul des consommations électriques o Récupération des flux de chaleur des apports internes 4.4 VENTILATION
4.4.1 COMETH Les débits de ventilation à assurer (soit repris soit extraits) sont systématiquement des données d'entrée du calcul. L'utilisateur définit donc les débits de ventilation de son projet, qui doivent respecter à minima les valeurs liées aux réglementations d'hygiène. Ces débits ont un impact sur les besoins et les consommations de chauffage, de refroidissement et sur le confort thermique. Les émetteurs correspondent aux bouches de reprise ou de soufflage de l’air ainsi qu’à la valorisation des systèmes de gestion‐régulation (via un débit équivalent ou un facteur correctif des débits initiaux). 95/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques Les conduits sont séparés en partie située à l'intérieur du volume chauffé, valorisés par leur étanchéité, et en partie externe où l'étanchéité est complétée par l'isolation. Les ventilateurs et centrales de traitement d'air sont définis par leurs caractéristiques propres (ventilateur(s), échangeur, batteries chaudes et froides, recyclage..) et les systèmes de gestion régulation associés. Les ventilateurs sont définis comme auxiliaires de ventilation (cf. paragraphe suivant). Le renouvellement de l’air peut se faire, dans COMETH, via une Ventilation Mécanique Simple Flux, Double Flux, une CTA DAC, CTA DAV ou par ouverture des fenêtres. Un modèle de débit‐pression permet d’établir à chaque pas de temps la pression intérieure et donc les débits par défaut d’étanchéité et par les éventuelles entrées d’air. 96/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques 4.4.2 COMFIE Les débits de ventilation mécanique sont définis par l’utilisateur dans des scénarios horo‐journaliers, qui peuvent varier sur les différentes semaines de l’année. Dans le cas d’une ventilation double flux avec récupération de chaleur, une efficacité d’échangeur doit être précisée, l’échangeur pouvant être py‐passé à certaines périodes de l’année (par exemple pour rafraîchir le bâtiment les nuits d’été. Un modèle de réseau a été développé pour évaluer les débits en ventilation naturelle ainsi que les infiltrations d’air. 4.5 LES AUXILIAIRES
4.5.1 COMETH Deux types d’auxiliaires sont comptabilisés dans le moteur de calcul COMETH : les auxiliaires de ventilation et les auxiliaires de distribution. Sont appelés auxiliaires de ventilation, tous les ventilateurs des ventilations mécaniques permettant d’assurer le renouvellement d’air ou de favoriser la diffusion de l’air chaud ou froid (ventilateurs des ventilo‐convecteurs,…) dans le bâtiment. Ils peuvent être à débit fixe ou à débit variable et peuvent être régulés sur la température, les besoins, etc. Les consommations des auxiliaires sont toujours électriques. 4.5.2 COMFIE et EQUER La consommation des auxiliaires peut être intégrée par l’utilisateur dans les scénarios horo‐
journaliers d’apports internes, si la puissance correspondante est, au moins en partie, cédée au bâtiment sous forme de chaleur. Le complément est à inclure dans la consommation d’électricité prise en compte dans EQUER. 4.6 AUTRES USAGES ELECTRIQUES
4.6.1 COMFIE‐EQUER Les apports internes définis dans COMFIE sont considérés par défaut comme des consommations d’électricité. Les niveaux d’apports internes par occupants définis dans la méthode THBCE 2012 sont disponibles dans COMFIE. Seulement une partie de la consommation contribue au chauffage des locaux : par exemple l’électricité consommée pour chauffer l’eau dans un lave‐linge ne sert pas au chauffage car l’eau chaude est ensuite évacuée. 97/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques Des consommations supplémentaires en gaz et en électricité, non prises en compte dans l’analyse thermique, peuvent alors être entrées en Wh par personne et par jour pour l’analyse de cycle de vie (on considère 47 semaines de présence dans le bâtiment). Des valeurs moyennes de consommations peuvent être obtenues par exemple sur les documents ci‐
dessous, issus des campagnes de mesures du bureau d’études Enertech : -
Campagne de mesure des appareils de production de froid et des appareils de lavage dans 100 logements ADEME‐EDF‐ENERTECH. Projet AEE20087 Etude expérimentale des appareils électroménagers à haute efficacité énergétique placés en situation réelle. CCE‐ADEME‐ENERTECH Projet Ecodrome.8 Maitrise de la demande électrique. Campagne de mesures par usages dans le secteur domestique. ENERTECH. Opération Ciel Saône et Loire9 4.6.2 COMETH‐ELODIE 4.6.2.1. Usages immobiliers non règlementés
Nous proposons que concernant les Usages immobilier non règlementés la priorité soit donnée aux objets suivants:  Système d’éclairage des parkings : Les systèmes d’éclairage et système de ventilation (cf. paragraphe suivant) représentent jusqu'à qq. kWhef/m2SA/an. Les parkings sont toujours équipés d’un système d’éclairage mais il convient de distinguer les parkings intérieurs où l’accès à la lumière du jour est pratiquement nul et les parkings extérieurs où le système d’éclairage fonctionne sur détection de l’ambiance lumineuse. Le planning d’ouverture/fermeture devrait être pris en compte du fait de son impact sur le fonctionnement du système d’éclairage. La stratégie de gestion en cas de fermeture du parking doit être explicitée.  Système de ventilation des parkings : Les systèmes de ventilation (entre 0.5 et 2 kWh/m²SA/an mais incertain) qui s’imposent pour les parkings fermés uniquement (instruction du 3 mars 1975) à usage autre que habitation en vue de réguler le niveau de CO. Dans ce cas l’outil devrait prendre en compte la pratique de système de ventilation à deux vitesses, l’activité de mouvement des véhicules suivant la typologie d’usage du parking (ce qui impose de scénariser les mouvements de véhicule) et en émettant une hypothèse d’émission CO des véhicules. 7
http://www.enertech.fr/modules/catalogue/pdf/54/consommation%20lavage%20et%20froid%20menag
er%20en%202007.pdf
8
http://www.enertech.fr/modules/catalogue/pdf/54/Economie%20electromenager%20performant_19951997.pdf
9
http://www.enertech.fr/modules/catalogue/pdf/54/consommation%20electromenager_1995.pdf
98/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques  Les ascenseurs de 0.5 à 3 kWhef/m2SA/an Le modèle devrait prendre en compte les grandes typologies de technologie qui conditionnent l’efficacité énergétique de la chaine de traction, la taille de la cabine, la vitesse nominale de la cabine, les auxiliaires (éclairage, manœuvre, frein etc.) et émettre des hypothèses d’usage raisonnable en lien avec la morphologie et typologie du bâtiment puis la connectivité des ascenseurs avec les différentes zones desservies ce qui conditionne le besoin de voyage de l’ensemble des usagers. 4.6.2.2. Les usages mobilier de l’énergie
En ce qui concerne les Usages mobiliers nous proposons de considérer prioritairement les produits suivants en raison : ‐de l’existence d’un référentiel en lient à minima avec l’énergie ‐de la connaissance des taux de présence en moyenne ‐des taux de présence significatif suivant les enquêtes INSEE, CREDOC ou les enquêtes des fillières professionnelles concernés (GIFAM,GFK,CSA…) Les usages attachés au froid positif ou négatif : Pour ces produits la directive 2010/30/UE constitue un point d’appui important relayé par un corpus normatif. Les congélateurs et réfrigérateur sont soumis à un étiquetage énergétique. Les usages relatifs aux activités de lavage : Pour ces produits la directive 2010/30/UE constitue un point d’appui important relayé par un corpus normatif. Les machines à laver et les sèche‐linges sont soumis à un étiquetage énergétique. Les usages relatifs aux activités audio‐visuel : Pour la télévision la directive 2010/30/UE constitue un point d’appui important relayé par un corpus normatif. Les téléviseurs sont soumis à un étiquetage énergétique, En l’état actuel les box démodulateur lecteur DVD etc. ne sont pas soumis à un étiquetage énergétique. Les usages reliés à la micro‐informatique (au sens de client). Le référentiel Energy Star formellement implémenté en Europe par la commission doit constituer un point d’appui pour ces produits. Le référentiel met en avant un concept de typical Energy consumption. 99/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques Les usages reliés à la fonctionnalité de serveur. Le référentiel Energy Star formellement implémenté en Europe par la commission doit constituer un point d’appui pour ces produits. Les usages reliés aux systèmes d’impression. Le référentiel Energy Star formellement implémenté en Europe par la commission doit constituer un point pour ces produits. Le référentiel met en avant un concept de typical Energy consumption. En raison de l’évolution des pratiques et des technologies il est clair que la liste proposée ne peut être et ne sera jamais exhaustive. On doit donc envisager systématiquement un poste « autre » dont la vocation serait : -
de fermer le bilan sur la base de données macroscopique (RTE , CEREN) lorsque la méthode de calcul s’adresse au maitre d’ouvrage de compléter l’exhaustivité au cas par cas mais sans support de référentiel préalable lorsque la méthode de calcul s’adresse à l’usager final.  Segmentation des travaux : Concernant les autres usages mobiliers de l’énergie il nous parait pertinent de segmenter ce chantier suivant la typologie d’usage du bâtiment. On pose donc que la typologie d’usage du bâtiment conditionne, en partie, les autres usages de l’énergie. En outre on se restreindra aux parties chauffées strictement pour simultanément consolider les évaluations strictement thermique et environnementale Enfin on exclura les process industriels où seul le cas par cas est opérationnel. Nous proposons de reprendre la segmentation de THBCE 2012 : Usage de la zone
Bâtiment à usage d’habitation ‐ maison individuelle et accolée
Bâtiment à usage d’habitation ‐ logement collectif
Etablissement d’accueil de la petite enfance (crèche, halte‐garderie)
Enseignement primaire
Enseignement secondaire (partie jour)
Enseignement secondaire (partie nuit)
Enseignement ‐ université
Bâtiment à usage d’habitation ‐ Foyer de jeunes travailleurs
Hôtel 0 et 1* (partie nuit)
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BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques Hôtel 2* (partie nuit)
Hôtel 3* (partie nuit)
Hôtel 4*et 5* (partie nuit)
Hôtel 0, 1* et 2* (partie jour)
Hôtel 3*; 4*et 5* (partie jour)
Bureaux
Restauration commerciale en continue (18h/j 7j/7)
Restauration ‐ 1 repas/jour, 5j/7
Restauration ‐ 2 repas/jour, 7j/7
Restauration ‐ 2 repas/jour, 6j/7
Commerce, magasin, zones commerciales
Etablissement sportif scolaire
Bâtiment à usage d’habitation ‐ Etablissement sanitaire avec hébergement Hôpital (partie nuit)
Hôpital (partie jour)
Transport – aérogare Bâtiment à usage d’habitation ‐ Cité universitaire
Industrie – 3x8h
Industrie – 8h à 18h
Tribunal Etablissement sportif municipal ou privé
Restauration scolaire ‐ 1 repas/jour, 5j/7 Restauration scolaire – 3 repas/jour, 5j/7
Ensuite, afin de structurer les travaux nous pensons que deux niveaux de granulométrie sont à poser : 101/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques N1 (niveau 1) : Pour les typologies d’usages pour lesquelles nous disposons d’informations a priori suffisantes, un détail des usages de l’énergie est entrepris. Dans ce cas, on propose deux sous‐
niveaux en vue d’un développement incrémental qui soit proportionné à notre connaissance effective : N1.A (niveau 1 annuel) : échelle temporelle annuelle : le calcul est sur base temps annuel et on doit veiller à ce que les scénarii d’apport internes existants (horaire pour COMETH) soient cohérents avec la méthode de calcul annuel en cherchant à modifier le moins possible la distribution temporelle existante (simplicité). Plus précisément il faut : o conserver l’essentiel de la distribution temporelle actuelle des scénarii
d’apport interne, mais en conservant l’égalité suivante:
Somme (intensité des apports internes horaire actuel, éventuellement adapté temporellement) = Apport interne méthode annuelle o induire en conséquence l’appel de puissance horaire à partir de la distribution
temporelle des apports internes en sorte que :
Somme (Umob horaire distribué suivant apport interne) = Energie méthode annuelle Ce qui revient à identifier dans le cas le plus simple un coefficient de passage apport interne /puissance appelée. N1.H : C’est le cas idéal, on dispose de suffisamment d’informations pour produire des scénarii horaires nouveaux qui soient aussi consistants avec l’approche annuelle (on suppose ici que la question du foisonnement est soit résolu éventuellement de faon conventionnelle soit ignorée provisoirement). N0 (niveau 0) pour les typologies d’usages pour lesquelles on ne dispose pas d’informations suffisantes y compris donc pour produire un outil annuel de consommation d’énergie : on propose 102/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques d’induire la consommation annuelle à partir des scénarii d’apport interne actuels (bâti à partir des GT RT2012). Pour cela il est nécessaire ‐à minima‐ de poser un ratio énergie/apport interne sur la base de l’analyse des usages présents à priori. En l’état actuel des connaissances nous proposons la priorisation suivante: Usage de la zone
Umob Bâtiment à usage d’habitation ‐ maison individuelle et accolée
N1.A Bâtiment à usage d’habitation ‐ logement collectif
N1.A Etablissement d’accueil de la petite enfance (crèche, halte‐garderie)
N0 Enseignement primaire
N0 Enseignement secondaire (partie jour)
N0 Enseignement secondaire (partie nuit)
N0 Enseignement – université
N0 Bâtiment à usage d’habitation ‐ Foyer de jeunes travailleurs
N0 Hôtel 0 et 1* (partie nuit)
N0 Hôtel 2* (partie nuit)
N0 Hôtel 3* (partie nuit)
N0 Hôtel 4*et 5* (partie nuit)
N0 Hôtel 0, 1* et 2* (partie jour)
N0 Hôtel 3*; 4*et 5* (partie jour)
N0 Bureaux
N1.A Restauration commerciale en continue (18h/j 7j/7)
N0 Restauration ‐ 1 repas/jour, 5j/7
N0 Restauration ‐ 2 repas/jour, 7j/7
N0 103/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques Restauration ‐ 2 repas/jour, 6j/7
N0 Commerce, magasin, zones commerciales
N0 Etablissement sportif scolaire
N0 Bâtiment à usage d’habitation ‐ Etablissement sanitaire avec hébergement N0 Hôpital (partie nuit)
N0 Hôpital (partie jour)
N0 Transport – aérogare N0 Bâtiment à usage d’habitation ‐ Cité universitaire
N0 Industrie – 3x8h
N0 Industrie – 8h à 18h
N0 Tribunal N0 Etablissement sportif municipal ou privé
N0 Restauration scolaire ‐ 1 repas/jour, 5j/7 N0 Restauration scolaire – 3 repas/jour, 5j/7
N0 
Préconisation générale pour les modèles rendant compte des usages mobiliers : On propose dans les méthodes de calcul de retenir les principes génériques suivants qui ont vocation à structurer les méthodes de calcul : Pour un équipement donné, les consommations finales sont fonction : ‐ de la consommation intrinsèque de l'équipement qui est : ‐ soit connue dans un cadre d’usage bien identifié (lien avec l'étiquette énergie ou autre référentiel produit), ‐ soit une valeur par défaut qui présente une valeur statistique idéalement en retour de campagne de mesure in situ 104/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques Cette consommation est ensuite modulée par le taux d’équipement (éventuellement fonction de déterminants ad ad ‘hoc), ‐des paramètres d'intégration physique dans le bâtiment : ex : la position d'un congélateur est susceptible d’impacter sa consommation intrinsèque. ‐des paramètres d'usages liés essentiellement au scénario d'occupation et au comportement des occupants / utilisateurs. Puis il convient de statuer sur : -
le vecteur énergétique associé électricité / gaz /mixte la part de l’apport interne associée à l’énergie finale annuelle l’appel d’eau chaude et/ ou froide induit par l’usage. Le cas échéant une alternative sans machine est explicitée et coté (lavage). Dans le contexte du logement des cotations a priori et en moyenne peuvent être faite en croisant différentes sources. Un point de progrès important serait lorsque l’outil est adressé au maître d’ouvrage de pouvoir dépasser la vision moyenne héritée des données de taux d’équipement statistique. Il s’agirait notamment de pouvoir considérer que la composition du ménage, appréhendé par le concept d’adulte équivalent ou d’unité de consommation, soit conditionnée à la surface du logement et que l’intensité des usages mobiliers soit conditionnée à la structure du ménage. L’objectif est de réduire les incertitudes associées aux dispersions naturelles sans pour autant visé à spécifier un comportement net normé et rigide. 4.7 LA PRODUCTION LOCALE D’ELECTRICITE
Pour ce paragraphe, on considère uniquement la composante active de l’électricité. Cela a toujours été considéré ainsi dans les outils de calcul énergétique échelle bâtiment. Il n’y a pas de contrainte règlementaire (hors gros client) relatif à la consommation ou à l’émission de réactif même si celui‐ci contribue à générer des pertes sur le réseau électrique. Pour un même courant actif s’il y a plus de réactif il y a plus de perte. Ce point est ignoré des outils courants (COMETH COMFIE). Toutefois le flux de bâtiments neufs par rapport au stock de bâtiments existants (quelques %) ne peuvent justifier sans étude approfondie la prise en compte ex nihilo de ce paramètre. 4.7.1
Les systèmes photovoltaïques.
Les systèmes photovoltaïques sont composés de deux briques technologiques. Les modules photovoltaïques qui assurent la conversion flux lumineux/ flux électron en courant continu (si le flux lumineux est constant). Et les onduleurs qui assurent simultanément l’adaptation d’impédance modules/onduleur en temps réel ainsi que la conversion du courant des modules en courant 105/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques compatible avec le réseau électrique. Les éléments suivants décrivent ce qui nous paraît être à prendre en compte dans une modélisation physique destinée à calculer sur une input météo la puissance électrique disponible aux bornes de l’onduleur (côté réseau) en capturant les principaux déterminants de la puissance AC électrique générée ainsi que de sa distribution temporelle. Les modules photovoltaïques La fonction de production électrique des modules dépend essentiellement de deux variables d’état qui sont : -
L’ensoleillement incident total efficace projeté suivant la normale au module : Geff
La température des modules : Tmod.
L’intensité de ces dépendances est fonction de la technologie des modules. Précision sur Geff : Le flux solaire incident total tel que mesuré par un pyranomètre dans le plan des modules (appareillage exploité pour l’élaboration des fichiers météos) est noté ici G. Puisque le point d’appui normatif de la performance électrique des modules (IEC61215) considère un ensoleillement colimaté (rayons lumineux tous parallèles) et normal au module il est nécessaire de se ramener dans ce référentiel afin d’exploiter correctement la donnée de la puissance crête PSTC normative notamment. Ainsi il est nécessaire de corriger G en Geff avec Geff l’ensoleillement total incident qui aurait produit la même puissance électrique si l’ensoleillement incident était purement direct (sans composante diffuse) et perpendiculaire aux modules comme dans les tests IEC61215. Cette correction se fait simplement à travers les fonctions d’IAM classiques en solaire thermique. Ceci nécessite de disposer de la composante directe, diffuse et d’albédo du sol de l’environnement du bâtiment. Pour les modules verticaux (façade) et sous nos latitudes cela modifie sensiblement la distribution temporelle de la production par rapport au cas où on ne prend pas en compte cet effet. La production électrique peut alors s’écrire P/PSTC=Geff/1000.f(Geff,Tmod) Avec PSTC la puissance crête des module au sens de IEC61215 et f une fonction de correction telle que f(Geff=1000 W/m2,Tmod=25°C)=1 qui module la production pour un point de fonctionnement en dehors du point de fonctionnement normatif (qui n’est jamais réalisé en contexte BIPV). La fonction de correction peut s’appuyer sur un modèle électrique à une diode et sur le coefficient de température de la puissance crête telle que définie par IEC61215. f est sensible à la technologie. La température des modules (en moyenne sur le champ) : 106/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques Elle peut s’estimer sur un bilan thermique simple 1D statique (pour une discrétisation temporelle horaire). Cette modélisation permet de capturer l’impact sur la puissance électrique de l’état thermique des modules. Ce point est important en contexte BIPV pour rendre compte des excursions en température des modules (échauffement jusqu’à 60°C). L’ensemble du dispositif nécessite l’existence d’un processeur solaire doté de fonctionnalités de transport d’un plan à un autre (du plan horizontal tel que issue des datas météo vers un plan d’orientation arbitraire correspondant au module)et de sensibilité au masque lointain à minima. La prise en compte des masques proches (ombrage partiel et dynamique à l’échelle de temps considéré) est extrêmement complexe et il ne nous parait pas raisonnable d’incorporer une telle fonctionnalité de façon robuste sur un outil système, Les onduleurs La modélisation de l’onduleur devrait simplement prendre en compte un rendement de conversion fonction de la charge apportée par les modules c'est‐à‐dire fonction de la puissance DC disponible aux bornes des modules. Puisqu’il n’existe pas de support clair normatif (le rendement européen est un usage pas une norme) qui soit repris par l’usage pour la performance énergétique des onduleurs on doit envisager la mise à disposition de l’utilisateur d’une courbe de rendement type. On pourra penser que cette modélisation est complexe par rapport à une approche de type performance ratio qui relie G à P à travers un coefficient de proportionnalité. Cette dernière approche est insuffisante pour rendre compte des variations saisonnières mensuelles et horaires. A contrario, des approches plus complexes que celle proposée ici existent. Elles considèrent une modélisation électrique tension courant et un fonctionnement des onduleurs sensible à la tension DC et capture dans le domaine des basses charges un fonctionnement plus réaliste. Dans le cadre d’une approche système, la proposition faite ici nous parait équilibrée eu égard aux enjeux centraux qui gravitent autour de cette technologie. C’est actuellement une des seules technologies de production d’énergie renouvelable effectivement disponible pour rendre un bâtiment exportateur net d’énergie renouvelable. Le niveau de modélisation doit donc être adapté à cet enjeu. Nous signalons ici que : Physiquement un système photovoltaïque réagit avec une constante de temps inférieure à la seconde à des variations d’ensoleillement. Une approche horaire gomme ces variabilités infra horaire qui existent en réalité de même qu’à l’échelle d’un bâtiment la courbe de charge électrique présente des variabilités infra horaire considérables. 4.7.2 Production PV sous COMFIE 107/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques En ce qui concerne le logiciel COMFIE, la production PV est évaluée par un modèle à une diode. L’évaluation de la température des modules est basée sur la simulation thermique dynamique, ce qui permet de prendre en compte l’inertie thermique des parois et des locaux pouvant influencer cette température. Le rendement de l’onduleur est donné pour plusieurs niveaux de charge. Un système photovoltaïque est aussi constitué en plus des onduleurs et des modules par des organes de protections électriques (disjoncteur sectionneur, parafoudre) des coffrets de jonction, des câbles électriques, des câbles de mises à la terre, des interfaces mécaniques (métallique en général) avec les éléments de toiture éventuellement des éléments d’étanchéité : joints, tôles d’abergement, ligne de vie. L’ensemble de ces éléments sont soumis à des règles de conception explicites. 4.7.3 Considérations générales concernant les dispositifs de production d’électricité sur la parcelle. On considère ici un dispositif quelconque dédié à la production positionné physiquement sur la parcelle et qui est livré avec le bâtiment. Un tel dispositif pourrait être une unité de cogénération dédiée en fonction première à la génération de chaleur et pour lequel la production d’électricité serait une fonctionnalité secondaire mais cela n’est pas exclusif. On suppose qu’il y a un unique bâtiment dans la parcelle et qu’il est connecté au réseau électrique de distribution. Nous proposons que les deux conditions ci‐dessous soient réalisées pour que le dispositif de production électrique soit pris en compte en tant que tel au sein des outils relevant du projet BENEFIS (cotation environnementale et donc aussi énergétique) : ‐
‐
la connexion électrique du dispositif de production avec le réseau électrique de distribution est dans ou à la frontière de la parcelle, (cet élément est donc opposable) il y a une connectivité électrique directe (sans connexion électrique tiers ou équipement intermédiaire) entre le point de raccordement du bâtiment et le point de raccordement du dispositif de production ARMINES étudiera la question dans le cas où l’ACV est appliqué en aide à la conception, en particulier à l’échelle d’un quartier. Sous ces conditions avec en plus en cas de raccordement triphasé un équilibre (ou déséquilibre) identique des phases pour la production et la demande à chaque instant nous (CSTB) pensons que 108/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques les conditions sont réunies pour que les flux électriques entre un bâtiment et le système de production soient physiques et non pas strictement conventionnels. La mutualisation de ces flux à l’échelle d’un quartier pourrait également être étudiée, mais la présente étude se limite à la parcelle. On considère alors que du fait de la présence de ce système de production électrique il y a la possibilité technique qu’une part de l’électricité produite localement soit effectivement consommée localement et éventuellement que le flux net d’électricité soit effectivement orienté de la parcelle vers le réseau (exportation de la parcelle). On pourrait souhaiter quantifier à l’échelle de la parcelle le flux exporté à un instant donné puis pour une année complète par exemple en vue de nourrir des méthodes d’évaluation environnementale . En effet les besoins électriques peuvent être couverts soit par l’extérieur soit par la production locale. Ces deux sources n’ont aucune raison en toute généralité d’être à impact environnemental unitaire identique entres elles et identique d’une date à l’autre. Or il n’y a pas à proprement parlé de modèle physique électrique équivalent au modèle physique thermique (résolution numérique des équations de transfert de chaleurs) COMFIE et COMETH. Les équations de transfert électriques ne sont pas représentées. Par conséquent il faut une règle de substitution pour décider de l’orientation des flux électriques (c'est‐à‐dire de décider si le flux électrique entre ou sort du système considéré qui est ici la parcelle). Dans la mesure du possible cette règle doit être physique tout comme le sont les transferts thermiques dans les outils COMFIE et COMETH. Nous proposons qu’à un instant donné la part exportée par la parcelle soit calculée comme l’excès de la somme de toutes les productions dans la parcelle (qui sont effectivement utilisables) par rapport à toutes les consommations. Symétriquement la part importée est le déficit de production locale par rapport à tous les besoins. La connaissance de tous les usages de l’électricité (mobilier et immobilier) en fonction du temps est un prérequis pour que ce calcul reste physique. Les applications à l’échelle d’un quartier pourraient donner lieu à d’autres conventions, mais ceci n’a pas été étudié dans le cadre de ce projet. Cette règle de substitution revient à dire que le courant électrique ne peut simultanément circuler dans deux directions et que ce qui est produit localement doit être consommé quelque part quoiqu’il en soit. 109/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques Il est important de comprendre que pour ce qui concerne la part exportée on ne dit rien sur le fait qu‘éventuellement cette part va être consommée par le bâtiment voisin ou par un bâtiment lointain. De même en renversant le raisonnement, cette règle de calcul ne dit pas si l’importation à un moment donné résulte d’une production locale au bâtiment considéré ou pas. On sait aujourd’hui que la résolution temporelle des profils de demande et de production impacte sur le résultat de l’application de cette règle de calcul. C’est à dire que en supposant les profils de demande (Umob et Uimob) et de production parfaitement connus (ce qui n’est pas en soi une tâche triviale) avec une résolution temporelle arbitraire, le résultat de calcul de l’énergie exportée et importé serait différent à chaque fois qu’une échelle de temps différente sera considérée. Ces variations ne sont pas négligeables. Pour adresser rationnellement la problématique de la part exportée de la production locale la question de la résolution temporelle du calcul doit être exploré. Dans le cas où on est amené à considérer plusieurs bâtiments sur la parcelle sans modélisation détaillée du réseau électrique local (powerflow) il est impossible du point de vue de la physique de décider par exemple si une production locale ira plutôt assurer le besoin de l’un ou plutôt de l’autre bâtiment. (Il y a la même impossibilité à l’échelle d’un bâtiment qui consomme à un instant donnée de l’électricité du réseau et de l’électricité du PV on ne peut pas décider si cela va plutôt vers la TV ou plutôt vers le congélateur par exemple). Dans ce cas il est nécessaire de poser une règle de substitution de nouveau. On propose dans ce cas d’allouer la production locale au prorata de la demande de chaque bâtiment. Nous pensons que, puisqu‘il n y a pas de support physique à cette règle, la décision d’allocation pourrait être suivant le critère de simplicité de mise en œuvre. Ajoutons que les machines sont souvent équipées d’auxiliaires pour fonctionner. Leur énergie est prise soit sur la sortie de la machine (entrée sortie bouclée) soit par un autre canal physique. La modélisation physique doit considérer a priori les auxiliaires et non pas le processus thermodynamique seulement. Cela implique de connecter la machine sur un vecteur d’énergie supplémentaire (électricité pour une PAC au gaz de ville par exemple) à impact environnemental différent du vecteur utilisé pour réaliser la fonction principale de la machine (gaz de ville pour une PAC au gaz de ville). 110/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques Exemples : -
-
Pour une PAC combustible il peut y avoir la présence de tout ou partie des auxiliaires suivants qui nécessitent une alimentation en électricité : réformeur gaz‐humidificateur H2‐ compresseur – hydraulique de refroidissement actif… ; Pour une cogénération au bois : les auxiliaires d’alimentation du foyer en bois… Un modèle de système de production décentralisé d’électricité compatible avec une analyse environnementale doit (condition nécessaire) considérer à chaque instant: -
les différents flux incidents segmentés explicitement en vecteurs (gaz, électricité, solaire, etc.) les éventuels flux incidents supplémentaires exigés par les auxiliaires segmentés explicitement en vecteurs, les flux sortants segmentés en vecteurs, les stocks internes (stockage de chaleur ou d’électricité) De sorte que le bilan énergétique soit en permanence fermé (pas de création ou de neutralisation artificielle d’énergie) et segmenté par vecteur pour permettre un calcul dynamique de l’impact environnemental qui prendra en compte les éventuelles pertes de conversion rejetée en dehors de la parcelle et définitivement non valorisable (par ex : perte thermique non récupérée et donc qui ne contribue pas à abaisser l’importation des flux d’énergie par la parcelle). Stockage électrique La fonction de stockage ne peut être considérée comme un dispositif de production électrique. Mais nous souhaitons ici adresser certains points qui nous paraissent relever du projet BENEFIS même si la diffusion de ces technologies en contexte bâtiment est aujourd’hui totalement marginale. (Attention toutefois en Allemagne à la faveur de la tarification du PV apparition d’onduleurs équipés de petit stockage d’électricité). On peut imaginer que le stockage commute en phase de charge sur des sources électriques d’origine différentes (PV ou réseau électrique). Dans ce cas il peut être nécessaire de décider quel est le coût environnemental du courant restitué. Si la méthode s’appuie sur la quote‐part des quantités d’électricité stockées (les électrons étant indifférenciables) il faudra envisager dans la méthode de calcul un intégrateur (au sens mathématique, c’est à dire un compteur) par source électrique alimentant le stockage. Ce besoin est spécifique à l’évaluation environnementale. Il est inutile pour un bilan énergétique strictement. Afin de pouvoir mener une quantification environnementale lors du fonctionnement il est aussi clair que la logique temporelle de charge et de décharge doit être capturée d’une façon ou d’une autre par la modélisation qui doit aussi prendre en compte les rendements de conversion et de charge décharge. 111/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques Réseau de chaleur La présence d’un réseau de chaleur pouvant recevoir une contribution énergétique de la parcelle devrait être traitée à l’identique des exportations des flux électriques. 4.8 INNOVATIONS ET ASPECTS PARTICULIERS
Les puits climatiques Des dispositifs comme les puits climatiques permettent de tempérer l’enceinte d’un bâtiment selon la saison, et mettent en jeu une infrastructure impliquant des canalisations, ventilateurs et échangeurs. Ils peuvent permettre un gain sur les besoins de chauffage ou de climatisation, ou encore être couplés à une PAC pour améliorer l’efficacité de cette dernière. Le modèle développé pour COMFIE nécessite de connaitre les caractéristiques de ventilation mise en jeu dans le bâtiment, ainsi que les caractéristiques du puits (nombre de nappes, nombre de tubes par nappe, longueur moyenne, diamètre externe et épaisseur de la paroi des tubes, ainsi que leur caractéristiques thermiques) [Thiers, 2008]. Les innovations entrainant la mutualisation des usages Le branchement de l’eau chaude ECS Le branchement eau chaude ECS à destination des produits blanc exploitant l’eau chaude peut être considéré comme une fonctionnalité interne à la parcelle et mutualisant l’usage de l’énergie assuré par l’ECS. En l’état actuel pour COMETH, les besoins d’eau chaude capturent les usages salle bain (bain douche) et tous les puisages ‘lavabo’ (nettoyage vaisselle à la main) mais pas l’éventuel tirage d’eau chaude à destination des machines à laver. De même pour COMETH si l’eau chaude de lavage était prise directement sur une chaudière cela nécessiterait une mise cohérence car ce besoin n’est pas pris en compte en l’état actuel. Une insertion cohérente de cette fonctionnalité nécessite donc: -
un détricotage des scénarii de besoin d’eau chaude existants une cotation de l’effet joule évité dans la/les machine(s) à laver ce qui peut accroitre la demande en électricité du ballon. une cotation explicite du besoin en eau pour les postes de lavage afin d’éliminer le risque d’une double comptabilité. Des équipements de récupération de l’énergie des eaux usées (grises) sont déjà disponibles sur le marché individuel (ex : préchauffage de l’eau par échangeurs de chaleur sur les canalisations) mais aussi collectif, permettant par exemple de chauffer les bâtiments en milieu urbain dense. Ces systèmes fonctionnent généralement au moyen de pompes à chaleur, déjà décrites plus haut et d’échangeurs de chaleur. Des modèles de PAC ayant des caractéristiques similaires existent déjà en simulation thermique dynamique, comme les modèle de PAC (eau/air ou eau/eau) sur nappe ou sur 112/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques boucle d’eau. Un modèle spécifique pourrait être intégré dans la simulation thermique dynamique, en s’inspirant du modèle solaire thermique pour l’ECS. Concernant une évaluation environnementale, plusieurs paramètres sont en jeu : -
-
-
Fonctionnement horaire des PACs: à relier avec les usages ECS et machine à laver : consommation électrique à évaluer par un mix électricité spécifique. Pour un système collectif comme degré bleu, la consommation de la PAC est évaluée par le mix relatif au chauffage. Fonctionnement d’éventuels auxiliaires ? Economie d’énergie : o préchauffage de l’ECS : la température d’entrée de l’eau est plus élevée, le calcul pour l’ECS doit être adapté en fonction de cette température. o Chauffage des bâtiments : diminution des besoins en chauffage : on soustrait l’apport du système (calculé heure par heure) aux besoins horaires en chauffage des zones concernées. Données sur la fabrication de la PAC, Durée de vie Différents modèles sont utilisables pour l’évaluation des consommations et des productions locales, en ce qui concerne le chauffage, le rafraîchissement, l’eau chaude sanitaire, l’éclairage, la ventilation, les auxiliaires, les usages non réglementés immobiliers et mobiliers, la production locale et le stockage d’électricité, ainsi que quelques aspects particuliers concernant les puits climatiques et la mutualisation des usages. 113/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques 5
LES DONNEES ENVIRONNEMENTALES RELATIVES A L’UTILISATION
DE L’ENERGIE
Sont distinguées les données environnementales de la mise à disposition des équipements et les données environnementales relatives à la mise à disposition d’une quantité d’énergie. Dans les outils, ces données peuvent être utilisées de manière distincte (e.g. séparation du contributeur produits et équipement du contributeur énergie) ou agrégées (e.g. intégration des données relatives aux équipements dans les impacts relatifs aux vecteurs énergétiques). 5.1 LES DONNEES ENVIRONNEMENTALES RELATIVES A LA MISE A
DISPOSITION D’UN EQUIPEMENT
5.1.1 Les données utilisées par ELODIE Les données environnementales relatives à la mise à disposition des équipements sont soit génériques soit spécifiques (déclarées sous la responsabilité d’un fabricant) : -
Les FDES pour certains types de réseaux (tuyauteries, conduits de ventilation,…) Les PEP (Profils Environnementaux Produits), équivalents des FDES pour la plupart des équipements et certains réseaux (câbles électriques…). Ces PEP doivent être pris en compte dans la description du bâtiment et sont considérés comme partie prenante de la mise à disposition du bâtiment. 5.1.2 Les données utilisées par EQUER Les données Ecoinvent disponibles sont les suivantes : (voir aussi ANNEXE 1: Données Equipements EcoInvent incluses dans EQUER) : Type d’équipement Nombres dans EQUER Mobilier 5 Immobilier, cogénération 6 Immobilier, chauffage bois 20 Immobilier, chauffage gas 3 Immobilier, chauffage fioul 2 Immobilier, chauffage électrique 1 Immobilier, pompes à chaleur 2 Immobilier, chauffage charbon 2 Immobilier, batteries 2 Immobilier, ventilation 17 114/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques Immobilier, autres (dont clim) 4 Ces données comportent des inventaires détaillés (de l’ordre d’un millier de flux) et les indicateurs d’impacts calculés selon la plupart des méthodes les plus courantes (CML, Ecoindicator, EDIP, TRACI, Impact 2002, UseTox, RECIPE…). 5.1.3 Autre type de données Un référentiel d’évaluation a été élaboré pour les systèmes photovoltaïques : J. Payet et al., Référentiel d’évaluation des impacts environnementaux des systèmes photovoltaïques par la méthode d’analyse du cycle de vie, ADEME. 5.2 LES DONNEES ENVIRONNEMENTALES DE MISE A DISPOSITION
D’UNE QUANTITE D’ENERGIE
5.2.1 Les DES utilisées sous ELODIE Les DES (Déclaration Environnementale de Service), sont produites pour exprimer les impacts de la mise à disposition d’une quantité d’énergie. Actuellement, les impacts sont calculés à partir de données d’Analyse de Cycle de Vie issues de bases de données génériques, à défaut de disposer de données produites par les producteurs ou distributeurs d’énergie. Ces fiches de données environnementales sont définies pour un contexte géographique et temporel donné (e.g. électricité consommée en France en 2008). La variation des paramètres (provenance et nature des combustibles, etc.) est intégrée dans ces facteurs. Théoriquement, pourraient exister autant de fiches environnementales que de contexte donné. Dans la pratique, chaque base de données d’ACV (DEAM, Ecoinvent, etc.) propose un unique profil environnemental par source d’énergie avec une représentativité géographique et temporelle assez limitée. Selon la norme européenne NF EN 15978 : « La quantification des impacts et des aspects de l’énergie durant la phase d’exploitation est le résultat direct du calcul de la consommation d’énergie au cours de la phase d’utilisation du bâtiment conformément à l’EN 15603 et doit être tirée de la DEP des différents vecteurs énergétiques ou bases de données ACV ». A terme, il sera donc souhaitable de disposer de Données environnementales déclarées par les producteurs d’énergie selon des règles de produits spécifiques, basées sur la norme EN 15603 et vérifiées par une tierce partie. 115/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques Certaines règles devront notamment être définies en ce qui concerne la prise en compte des infrastructures permettant la mise à disposition de l’énergie. Cette question est notamment prépondérante lorsque l’on considère les systèmes utilisant des ressources renouvelables. Certains sujets pourraient d’autre part être abordés concernant la qualification et la déclinaison d’indicateurs adressant l’énergie renouvelable en suite avec les problématiques mises en évidence au § 2.1). Sous ELODIE, les DES permettent d’affecter un profil environnemental à une quantité d’énergie finale fournie au bâtiment. L’énergie finale est calculée par l’intermédiaire de COMETH en prenant en compte le rendement de fonctionnement des équipements installés dans le bâtiment. Les principes de calcul sont définis dans la section 4 de ce document. Cette approche permet de détailler de manière précise le passage des besoins (ex :chaleur pour le chauffage) en énergie finale (ex : énergie livrée en entrée de chaudière sous forme de combustible ou d’électricité) , en prenant notamment en compte l’évolution du rendement des équipements au cours de l’année et de la journée en fonction de paramètres tels que le taux de charge ou les pertes de distribution, émissions et régulation. Ces DES intègrent les impacts de toute l’infrastructure nécessaire à l’extraction, la transformation et le transport de l’énergie en amont de la parcelle. Elles n’intègrent pas les infrastructures et équipements présentes sur la parcelle permettant la transformation et la distribution de l’énergie, qui devront être considérés aux travers de données d’équipements (voir 5.1). 5.2.2 Les données environnementales associées aux procédés utilisés dans Equer Les inventaires des procédés prennent en compte les phases amont éventuelles : par exemple dans l’inventaire du kWh utile fourni par une chaudière à gaz, l’extraction et la distribution du gaz sont considérées. Les impacts liés aux infrastructures sont comptabilisés s’ils sont importants. Par exemple, les inventaires de transport tiennent compte de la construction et de l’entretien des réseaux, alors que les impacts de la construction des usines de fabrication des matériaux et composants peuvent généralement être considérés comme négligeables (ils sont cependant pris en compte dans les données de la base Ecoinvent). Les déchets ménagers peuvent être recyclés ou incinérés, avec ou sans récupération de chaleur. L’inventaire correspondant est calculé en fonction du contexte local (rendement de la valorisation énergétique, énergie substituée,...). Types de procédés EQUER Nombre Chauffage bois 2 116/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques Chauffage fioul 3 Chauffage gaz 10 Chauffage charbon 1 Production d’électricité 5 Voir aussi ANNEXE 2 : Les procédés de la base EcoInvent utilisés dans EQUER Dans le cas du chauffage au bois par exemple, la production de chaleur a nécessité une chaudière à bois, du bois, du transport et des services de traitement des déchets. L’ensemble de ces composantes est inclus dans les impacts d’un MJ de chaleur utile. Mais il est également possiblede gérer séparément les équipements (chaudière), la combustion et les procédés annexes. Différentes bases de données ont été recensées en ce qui concerne les impacts environnementaux des équipements (FDES, PEP, référentiel en cours d’élaboration sur le photovoltaïque, Ecoinvent) et de la mise à disposition d’énergie (DEAM, DES, Ecoinvent). 6
CONCLUSIONS
Les conclusions seront rédigées dans la version finale du document. La démarche proposée consiste à identifier les bonnes pratiques parmi les approches proposées dans le but d’harmoniser les outils. 117/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
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BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques Sébastien Lasvaux, Jacques Chevalier, Bruno Peuportier, Development of a simplified LCI database gathering EPDs and generic data for the French construction sector, Conference LCA X « Bridging Science, Policy and the Public », Portland (USA), novembre 2010 Lund, Henrik, Brian Mathiesen, Per Christensen, et Jannick Schmidt. 2010. « Energy system analysis of marginal electricity supply in consequential LCA ». The International Journal of Life Cycle Assessment 15 (3): 260‑271. doi:10.1007/s11367‐010‐0164‐7. Mathiesen, Brian Vad, Marie Münster, et Thilde Fruergaard. 2009. « Uncertainties related to the identification of the marginal energy technology in consequential life cycle assessments ». Journal of Cleaner Production 17 (15) (octobre): 1331‑1338. doi:10.1016/j.jclepro.2009.04.009. Payet J. et al., Référentiel d’évaluation des impacts environnementaux des systèmes photovoltaïques par la méthode d’analyse du cycle de vie, en cours de développement Peuportier B., Eco‐conception des bâtiments et des quartiers, Presses de l’Ecole des Mines, 336p, novembre 2008 Peuportier B., Life Cycle Assessment applications in the building sector, International Journal of Environmental Technology and Management Vol. 9, No.4 pp. 334 – 347, automne 2008 Peuportier B., Kellenberger D., Anink D., Mötzl H., Anderson J., Vares S., Chevalier J., and König H., Inter‐comparison and benchmarking of LCA‐based environmental assessment and design tools, Sustainable Building 2004 Conference, Warsaw, octobre 2004 Peuportier B., Assessment and design of a renovation project using life cycle analysis and Green Building Tool, Sustainable Building 2002 Conference, Oslo, septembre 2002 Peuportier B., Application de l’analyse de cycle de vie à l’évaluation comparative de maisons individuelles, Conférence Internationale Energie Solaire et Bâtiment, Lausanne, septembre 1999 Peuportier B., Comparative assessment of a « high environmental quality » house, a standard house and a wooden solar house by life cycle simulation, Green Building Challenge Conference, Vancouver, octobre 1998 Peuportier B. and Diaz Pedregal P., Application of life cycle simulation to energy and environment conscious design, PLEA Conference : Environmentally friendly cities, Lisbon, juin 1998 Peuportier B., The life cycle simulation method EQUER applied to building components, CIB Conference : Construction and the environment, Gävle (Sweden), juin 1998 Peuportier B., Life cycle analysis of buildings: the European project REGENER, 5th European conference solar energy in architecture and urban planning "Building a new century", Bonn, Germany, mai 1998 120/565
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BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques ANNEXES
ANNEXE 1: DONNEES EQUIPEMENTS ECOINVENT INCLUSES DANS EQUER
Equipements mobiliers : backlight, LCD screen, at plant cable, three‐conductor cable, at plant CD‐ROM/DVD‐ROM drive, desktop computer, at plant CD‐ROM/DVD‐ROM drive, laptop computer, at plant LCD glass, at plant Equipements immobiliers absorption chiller 100kW Anode, lithium‐ion battery, graphite, at plant borehole heat exchanger 150 m cable, three‐conductor cable, at plant Cathode, lithium‐ion battery, lithium manganese oxide, at plant coal stove, 5‐15 kW cogen unit 6400kWth, wood burning, building cogen unit 6400kWth, wood burning, common components for heat+electricity cogen unit 6400kWth, wood burning, components for electricity only cogen unit ORC 1400kWth, wood burning, building cogen unit ORC 1400kWth, wood burning, common components for heat+electricity cogen unit ORC 1400kWth, wood burning, components for electricity only furnace, logs, hardwood, 6kW furnace, logs, hardwood, 30kW furnace, logs, hardwood, 100kW furnace, logs, mixed, 6kW 122/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques furnace, logs, mixed, 30kW furnace, logs, mixed, 100kW furnace, logs, softwood, 6kW furnace, logs, softwood, 30kW furnace, logs, softwood, 100kW furnace, pellets, 15kW furnace, pellets, 50kW furnace, wood chips, hardwood, 50kW furnace, wood chips, hardwood, 300kW furnace, wood chips, hardwood, 1000kW furnace, wood chips, mixed, 50kW furnace, wood chips, mixed, 300kW furnace, wood chips, mixed, 1000kW furnace, wood chips, softwood, 50kW furnace, wood chips, softwood, 300kW furnace, wood chips, softwood, 1000kW gas boiler 10kW heat distribution, hydronic radiant floor heating, 150m2 heat pump 30kW heat pump, brine‐water, 10kW industrial furnace, coal, 1‐10 MW Industrial furnace, natural gas, low nox >100kW industrial furnace, natural gas, >100kW oil boiler 10kW oil boiler 100kW oil storage 3000l 123/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques supply air inlet, steel/SS, DN 75, at plant ventilation duct, PE corrugated tube, DN 75, at plant ventilation duct, steel, 100x50 mm, at plant ventilation equipment, Avent E 97, at plant ventilation equipment, central, 600‐1200 m3/h, at plant ventilation equipment, decentralized, 180‐250 m3/h, at plant ventilation equipment, GE 250 RH, at plant ventilation equipment, KWL 250, at plant ventilation equipment, KWLC 1200, at plant ventilation equipment, Storkair G 90, at plant ventilation equipment, Twl‐700, at plant ventilation system, central, 1 x 720 m3/h, PE ducts, with GHE ventilation system, central, 1 x 720 m3/h, steel ducts, with GHE ventilation system, decentralized, 6 x 120 m3/h, PE ducts, with GHE ventilation system, decentralized, 6 x 120 m3/h, PE ducts, without GHE ventilation system, decentralized, 6 x 120 m3/h, steel ducts, with GHE ventilation system, decentralized, 6 x 120 m3/h, steel ducts, without GHE NB: Concernant le gaz pour les petites puissances, l’équipement chaudière est considérée comme identique suivant le type de chaudière. L’impact de combustion est lui, spécialisé, suivant le type de chaudière : chaudière atmosphérique normale ou faible rejets nox ; chaudière à condensation ; chaudière bruleur à air soufflé, normal ou faible rejets nox non modulable; Chaudière modulable ou non modulable. De même pour la combustion de fioul : chaudière à non modulante, à condensation ou non.(voir Annexe 2) 124/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques ANNEXE 2 : LES PROCEDES DE LA BASE ECOINVENT UTILISES DANS
EQUER
Les données génériques disponibles dans Ecoinvent sont les suivantes : heat, mixed logs, at wood heater 6kW
heat, light fuel oil, at boiler 10kW condensing, non-modulating
heat, light fuel oil, at boiler 10kW non modulating
heat, natural gas, at boiler, atmospheric, low-nox non modulating >100kW
heat, natural gas, at boiler, atmospheric, non modulating,<100kW
heat, natural gas, at boiler, fan burner low-nox non modulating <100kW
heat, natural gas, at boiler, fan burner non modulating <100kW
heat, natural gas, at boiler, modulating <100kW
heat, natural gas, at boiler, modulating >100kW
heat, natural gas, at boiler condensing modulating >100kW
heat, natural gas, at boiler condensing modulating <100kW
heat, natural gas, at industrial furnace, low-nox >100kW
heat, natural gas, at industrial furnace >100kW
heat, light fuel oil, at industrial furnace 1MW
heat, natural gas, at boiler condensing modulating >100kW
heat, mixed logs, at furnace 100kW
Hard coal, burned in furnace, 1-10MW
electricity, hard coal, at power plant
electricity, oil, at power plant
electricity, natural gas, at power plant
electricity, hydropower, at power plant
electricity, nuclear, at power plant
Exemple: chauffage individuel au bois: 125/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques 1.heat, mixed logs, at wood heater 6kW
2. logs, mixed, burned in wood heater 6kW
3.1 furnace, logs, mixed, 6kW
3.2 logs, mixed, at forest
3.3 disposal, wood ash mixture, pure, 0% water, to municipal incineration
3.4 disposal, wood ash mixture, pure, 0% water, to landfarming
3.5 transport, tractor and trailer
Le point d’arrivée de la chaîne de valeur (1) représente la chaleur sensible (en MJ), c'est‐à‐dire la chaleur utile délivrée à l’utilisateur. En amont, le process 2 représente la chaleur de combustion (en MJ) : le passage de 2 à 1 intègre le rendement de l’installation : chaleur sensible/chaleur de combustion, ici 1,33. Le process 2 intègre les émissions liées à la combustion. La production de cette chaleur de combustion a nécessité une chaudière à bois (3.1), du bois (3.2), du transport (3.5) et des services de traitement des déchets (3.3 et 3.4). L’ensemble de ces composantes est inclus dans MJ final de chaleur sensible 1. Il est aujourd’hui possible de gérer séparément les équipements (chaudière), la combustion et les procédés annexes. tap water, at user
disposal, packaging cardboard, 19.6% water, to inert material landfill
other domestic waste and fines , to municipal incineration
disposal, concrete, 5% water, to inert material landfill
disposal, packaging cardboard, 19.6% water, to inert material landfill
disposal, paper, 11.2% water, to municipal incineration
disposal, packaging cardboard, 19.6% water, to inert material landfill
other domestic waste and fines , to municipal incineration
disposal, inert waste, 5% water, to inert material landfill
disposal, steel, 0% water, to inert material landfill
disposal, steel, 0% water, to municipal incineration
126/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques disposal, packaging cardboard, 19.6% water, to inert material landfill
disposal, paper, 11.2% water, to municipal incineration
disposal, paint, 0% water, to sanitary landfill
disposal, paint, 0% water, to municipal incineration
disposal, paint, 0% water, to sanitary landfill
disposal, paint, 0% water, to municipal incineration
disposal, plastics, mixture, 15.3% water, to sanitary landfill
disposal, plastics, mixture, 15.3% water, to municipal incineration
disposal, polystyrene, 0.2% water, to sanitary landfill
disposal, polystyrene, 0.2% water, to municipal incineration
disposal, polyurethane, 0.2% water, to sanitary landfill
disposal, polyurethane, 0.2% water, to municipal incineration
disposal, polyvinylchloride, 0.2% water, to sanitary landfill
disposal, polyvinylchloride, 0.2% water, to municipal incineration
disposal, packaging cardboard, 19.6% water, to inert material landfill
disposal, textiles, soiled, 25% water, to municipal incineration
disposal, paint, 0% water, to sanitary landfill
disposal, hazardous waste, 25% water, to hazardous waste incineration
treatment, sewage, from residence, to wastewater treatment, class 2
transport, lorry >28t, fleet average
transport, barge
transport, freight, rail
transport, regular bus
transport, regional train, SBB mix
transport, passenger car
disposal, glass, 0% water, to inert material landfill
disposal, glass, 0% water, to municipal incineration
disposal, wood untreated, 20% water, to sanitary landfill
disposal, wood untreated, 20% water, to municipal incineration
127/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 01 Tâche 2.1 Aspects Energétiques disposal, wood untreated, 20% water, to sanitary landfill
disposal, wood untreated, 20% water, to municipal incineration
transport, passenger car, diesel, fleet average 2010
treatment, sewage, from residence, to wastewater treatment, class 2
transport, passenger car, petrol, fleet average 2010
128/565
BENEFIS ‐ ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2 : DEVELOPPEMENTS METHODOLOGIQUES SOUS TACHE 2.2 : LA SIMPLIFICATION Romain Bonnet
Thibault Hallouin
REDACTEURS DE Sébastien Lasvaux
CE DOCUMENT
Nicoleta Schiopu
Galdric Sibiude
Jean-Baptiste Videau
REFERENCE DEE/EICV/14.097-2
DATE DE 13/11/2014
REDACTION
VERSION 1.4
129/565
BENEFIS ‐ ANR 2011 VILD 001 01 130/565
SOMMAIRE
SOMMAIRE ................................................................................................................................................... 131 1 INTRODUCTION, CONTEXTE ............................................................................................................. 133 1.1 RAPPELS ......................................................................................................................................... 133 1.1.1 Processus de conception d’un bâtiment : acteurs et phases ................................................ 133 1.1.2 Contributeurs de l’ACV d’un bâtiment ................................................................................... 135 1.2 VERS UNE ADAPTATION DES OUTILS AUX BESOINS DES ACTEURS ........................................................ 137 1.3 OBJECTIF DE LA TACHE « SIMPLIFICATION » ....................................................................................... 138 2 METHODOLOGIE POUR LE CALCUL DE DONNEES GENERIQUES ............................................... 140 2.1 DEFINITION DES DONNEES SOURCES UTILISEES ................................................................................. 140 2.2 METHODOLOGIE ............................................................................................................................... 140 2.2.1 Cas 1...................................................................................................................................... 141 2.2.2 Cas 2...................................................................................................................................... 142 2.2.3 Cas 3...................................................................................................................................... 142 2.2.4 Cas 4...................................................................................................................................... 144 3 SCHEMA DE PRINCIPE GLOBAL ........................................................................................................ 146 4 ADAPTATION DES REGLES DE CALCUL DU CONTRIBUTEUR MATERIAUX ................................ 147 4.1 CADRE GENERAL DU CONTRIBUTEUR MATERIAUX DE CONSTRUCTION .................................................. 147 4.2 SOLUTION 1 : LOI DE PARETO ET UTILISATION DE RATIOS (SIMPLIFIED) ................................................ 148 4.2.1 Principe général ..................................................................................................................... 148 4.2.2 Méthodologie pour la mise en place de ce mode adapté ..................................................... 149 4.2.2.1 4.2.2.2 4.2.2.3 4.2.2.4 4.2.2.5 4.2.2.6 Définition des principaux contributeurs des impacts environnementaux .........................................................149 Modélisation des bâtiments ..............................................................................................................................151 Calcul des ratios .................................................................................................................................................152 Application des ratios ........................................................................................................................................154 Etude de sensibilité : ..........................................................................................................................................155 Intérêts et limites de la méthode ......................................................................................................................159 4.2.3 Données environnementales associées ................................................................................ 159 4.2.4 Données relatives aux bâtiments nécessaires ...................................................................... 159 4.3 SOLUTION 2 : ESTIMATION DES QUANTITES A PARTIR DE GRANDEURS DIMENSIONNANTES (SIMPLIFIED) . 160 4.3.1 Principe général ..................................................................................................................... 160 4.3.2 Méthodologie pour la mise en place de ce mode adapté ..................................................... 161 4.3.2.1 4.3.2.2 4.3.2.3 4.3.2.4 4.3.3 4.3.4 4.3.5 4.3.5.1 4.3.5.2 Elaboration d’un outil estimatif de quantités ....................................................................................................161 Différences entre les études de prix et l’ACV ....................................................................................................163 Exemple de métrés et de relations ....................................................................................................................163 Utilisation de l’outil estimatif de quantités .......................................................................................................167 Données environnementales associées ................................................................................ 168 Données relatives aux bâtiments nécessaires ...................................................................... 168 Intérêts et limites de la méthode ............................................................................................ 169 Intérêts ..............................................................................................................................................................169 Limites ...............................................................................................................................................................169 4.4 SOLUTION 3 : MODELISATION DU BATIMENT PAR MACRO-COMPOSANTS DU BATIMENT (SIMPLIFIED) ....... 170 4.4.1 Principe général ..................................................................................................................... 170 4.4.2 Méthodologie pour la mise en place de ce mode adapté ..................................................... 172 4.4.2.1 4.4.2.2 Généralités sur la description du bâtiment : nomenclature et arborescence ...................................................172 Calcul des données environnementales du macro‐composant .........................................................................173 4.4.3 Données environnementales associées ................................................................................ 178 4.4.4 Données relatives aux bâtiments nécessaires ...................................................................... 180 4.5 CONCLUSION DE LA PARTIE CONTRIBUTEUR MATERIAUX DE CONSTRUCTION ........................................ 181 5 ADAPTATION DES REGLES DE CALCUL DU CONTRIBUTEUR ENERGIE ..................................... 182 5.1 5.2 6 ADAPTATION DES REGLES DE CALCUL DU CONTRIBUTEUR CHANTIER ................................... 183 6.1 6.2 7 MODE SOMMAIRE : ........................................................................................................................... 182 MODE SIMPLIFIE : ............................................................................................................................. 183 RATIOS ISSUS DU CONTRIBUTEUR MATERIAUX (SCREENING) ............................................................... 184 CONCLUSION DE LA PARTIE CONTRIBUTEUR CHANTIER ....................................................................... 188 ADAPTATION DES REGLES DE CALCUL DU CONTRIBUTEUR EAU D’USAGE ............................. 189 131/589
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 7.1 7.2 7.3 7.4 Tâche 2.2 Simplification MODELE SOMMAIRE POUR L’ESTIMATION DE CONSOMMATIONS D’EAU DES BATIMENTS (SCREENING) ..... 189 MODELE SIMPLIFIE POUR L’ESTIMATION DE CONSOMMATIONS D’EAU DES BATIMENTS (SIMPLIFIED) ........ 189 MODELE DETAILLE POUR L’ESTIMATION DE CONSOMMATIONS D’EAU DES BATIMENTS (COMPLETE) ......... 190 RECOMMANDATIONS SUR L’USAGE DE CES METHODES ADAPTEES ....................................................... 190 8 CONCLUSION ....................................................................................................................................... 192 9 REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES ................................................................................................. 193 10 10.1 10.2 10.3 10.4 10.5 10.6 10.7 ANNEXES .......................................................................................................................................... 195 ANNEXE 1 : QUESTIONNAIRE PROPOSE AUX ACTEURS DE LA CONSTRUCTION....................................... 195 ANNEXE 2 : DETERMINATION DE LA DECOMPOSITION PAR DEFAUT ....................................................... 202 ANNEXE 3 : LISTE DES BATIMENTS MODELISES ................................................................................... 203 ANNEXE 4 : LISTE DES DONNEES GENERIQUES PROPOSEES ............................................................... 205 ANNEXE 5 : EXEMPLE DE LISTE DE MACRO-COMPOSANTS ................................................................... 210 ANNEXE 6 : CAS D’ETUDE POUR L’ADAPTATION DES REGLES DE CALCUL DU CONTRIBUTEUR EAU .......... 225 ANNEXE 7 : DETAILS DES MATERIAUX GENERES EN CHIFFRAGE RAPIDE ............................................... 229 132/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 1
Tâche 2.2 Simplification INTRODUCTION, CONTEXTE
1.1 Rappels
L’analyse de cycle de vie (ACV) est aujourd’hui reconnue comme une méthode objective permettant de quantifier les impacts environnementaux de toutes les phases de vie d’un produit ou service. Toutefois, il existe plusieurs freins à la diffusion de cette méthodologie dans le secteur du bâtiment. 1.1.1 Processus de conception d’un bâtiment : acteurs et phases
La vie d’un bâtiment est décomposée en de nombreuses phases, allant de la définition d’un programme, à la réalisation de la conception, jusqu’à la construction, l’exploitation et la déconstruction. Les acteurs impliqués dans chacune de ces phases sont nombreux, et chacun possède sa manière propre d’envisager et de décrire le projet. De plus, des centaines de matériaux de natures très diverses sont mis en œuvre par différents spécialistes lors de l’étape de construction. Les informations sur les quantités de matériaux employées, nécessaires pour réaliser une ACV, sont donc rarement centralisées. Dans le schéma ci‐dessous, on voit bien que l’ensemble des impacts environnementaux qui sont calculés dans une ACV correspondent aux phases qui suivent la définition du programme et les études de conception. C’est pourtant lors de ces phases amont que se décident l’ensemble des choix de conception qui auront des impacts sur l’environnement dans les phases suivantes de la vie du bâtiment. 133/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification Figure 1 : Décomposition des différentes phases du cycle de vie d’un bâtiment
En faisant un focus sur les étapes amont (programme et conception), on cherche à identifier quelle est la nature des documents accessibles et leur niveau de précision. 134/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification Figure 2 : Décomposition des différentes phases de la conception d’un bâtiment pour un montage en tous
corps d’états
On remarque que les informations concrètes (quantité / nature des produit) sont accessibles peu de temps avant le début du chantier (phase EXE), et que pendant les phases de conception, seules des informations dites « dimensionnantes » (plans peu détaillés) sont disponibles. De plus, selon le type de marché (en appel d’offre public ou en conception‐construction par exemple), les acteurs intervenant ne sont pas les mêmes sur les différentes phases d’un projet. L’enjeu de l’éco‐conception est bien entendu de pouvoir connaître et donc réduire les impacts environnementaux dès les phases amont. Il est donc nécessaire d’adapter les méthodologies de calcul en ACV aux sources d’informations disponibles le plus tôt possible ainsi qu’aux acteurs entrant en jeu. 1.1.2 Contributeurs de l’ACV d’un bâtiment
Comme évoqué précédemment, le cycle de vie d’un bâtiment peut se décrire comme une suite de phases où à chacune d’entre elles, de nombreux acteurs interviennent. Mais le cycle de vie d’un bâtiment peut également se décrire comme une somme de contributeurs aux impacts sur l’environnement. Un logiciel d’ACV bâtiment cherche à faire la somme de l’ensemble de ces contributeurs pour obtenir l’ensemble des impacts environnementaux du bâtiment sur l’ensemble de son cycle de vie. 135/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification Le tableau ci‐dessous décompose le cycle de vie du bâtiment comme la somme des contributeurs aux impacts environnementaux suivants, à des phases différentes du cycle de vie du bâtiment : Contributeur Matériaux de construction Production Transport Mise en œuvre Vie en œuvre Fin de vie 




Contributeur 



Chantier Contributeur Consommations d’énergie Contributeur Consommations d’eau Contributeur Déplacement des usagers Décomposition du cycle de vie du bâtiment en contributeurs
Pour chacun de ces contributeurs, le travail de collecte de l’ensemble des documents peut représenter une part importante d’une étude ACV. Pour parvenir à généraliser l’utilisation de l’ACV, il est nécessaire de proposer des méthodologies plus simples et plus rapides, adaptées aux besoins des différents acteurs du bâtiment, et à leurs méthodes de travail. 136/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification Figure 3 : Décomposition du cycle de vie d’un bâtiment par contributeurs
1.2 Vers une adaptation des outils aux besoins des acteurs
De manière générale, en phases amont des projets, le manque d’informations couplé aux besoins d’obtenir des tendances plutôt que des valeurs spécifiques imposent de travailler sur des modes adaptés comprenant à la fois des données et des méthodologies adéquates. Même si aujourd’hui les outils peuvent en théorie être utilisés par tous les acteurs à toutes les phases d’un projet, ils ne sont pas encore suffisamment adaptés. Ce constat est confirmé par des retours d’expériences auprès d’acteurs du processus de conception qui montrent que les outils sont parfois difficilement utilisables en l’état. Ces modes adaptés doivent aider et faciliter les acteurs à réaliser des ACV à toutes les phases d’un projet. L’objectif est de simplifier la saisie mais d’éviter de perdre la précision et la sensibilité de l’ACV aux paramètres clés. Par exemple, les équipements qui sont relativement importants dans l’impact environnemental d’un bâtiment, ne doivent pas être négligés (si des données existent). Par contre, des ratios ou des données génériques sur ces éléments peuvent suffire en phases amont. Cette adaptation doit être menée conjointement par des spécialistes de l’ACV et des acteurs de la construction. Ces acteurs peuvent être des cabinets de conception (p. ex. architectes/ingénieurs), des bureaux d’études thermiques, des bureaux d’études AMO HQE, des entreprises générales etc. Chaque cible correspondra à différentes exigences en matière d’adaptation. L’objectif de l’ACV rentre également en compte. L’utilisateur final réalisera‐t‐il des comparaisons de variantes ou réalisera‐t‐il l’évaluation des performances environnementales de son ouvrage ? 137/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification Ces deux aspects permettent de justifier le choix d’utiliser certaines données génériques ou ratios et de les appliquer à tout ou partie des contributeurs de l’ACV. Par exemple, pour le contributeur produits et équipements, des ratios par lots techniques peuvent être utilisés par certains acteurs pour avoir une évaluation très approchée de leur bâtiment en la faisant correspondre à la moyenne statistique française (dérivée par exemple de projets comme HQE performance)… Certains acteurs préfèrent également décrire des éléments d’ouvrage (macro‐composants) et de les paramétrer à leur besoin plutôt que de travailler sur des ratios ce qui milite pour de nouvelles interfaces dans les outils existants. Dans le même temps, un thermicien qui utilise un logiciel de simulation thermique peut souhaiter directement exporter ses résultats sur un outil d’ACV et compléter à l’aide de ratios les éléments non pris en compte en thermique (par exemple équipements, fondations, cloisonnements intérieurs éventuellement). De même, certains constructeurs sont plutôt enclins à quantifier les matériaux de manière plus précise que par des valeurs statistiques. Ce choix impose des modes adaptés constructeurs avec des granularités de données plus fines que pour d’autres acteurs. Cette analyse est similaire pour les autres contributeurs (eau, énergie, déplacement). Dans ce contexte, les résultats obtenus dans le projet européen EeBGuide permettent de constituer un premier cadre pour aller vers une adaptation des méthodes de calcul et des données. Des recommandations opérationnelles ont été proposées pour différents types d’études : ACV simplifiée (« screening and simplified LCA ») ou ACV détaillée (« complete LCA »). Seulement, les contributions proposées correspondent au contexte européen et nécessitent d’être précisées pour le contexte français. Il est donc intéressant de se pencher plus précisément sur l’adaptation des ACV bâtiment en France dans le cadre du projet BENEFIS (tâche 2.2 Simplification). 1.3 Objectif de la tâche « Simplification »
La simplification en ACV peut être considérée à deux niveaux : -
La simplification de la saisie des données d’entrée: quels types d’informations demande‐t‐on à l’utilisateur en entrée ? La simplification des hypothèses de modélisation: doit‐on demander à l’utilisateur de choisir l’ensemble des hypothèses de modélisation (durées de vie, distance de transport, taux de chute, etc.) ou doit‐on en prédéfinir un certain nombre ? Pour rappel, voici les objectifs de la tâche simplification, comme décrits dans le document scientifique de BENEFIS : 138/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification « Fournir des modèles simplifiés de calcul pour les principaux contributeurs aux impacts environnementaux en réponse à certains besoins des utilisateurs notamment pour l’aide à la programmation et à la conception » On s’intéresse donc ici à la simplification de la saisie des données d’entrée. La partie simplification des hypothèses du modèle ACV sera davantage traitée par les aspects de reproductibilité des études. Cette étude sera limitée aux 4 contributeurs suivants : Matériaux de construction, Chantier, Consommation d’eau, Consommation d’énergie. Pour chacun de ces contributeurs, nous proposerons des méthodologies différentes, permettant de réaliser une étude ACV à des niveaux de précisions plus ou moins avancés, en cohérence avec la phase à laquelle l’étude sera réalisée. Le terme « mode adapté » sera préféré à « mode simplifié » initialement adopté car il permet de mieux mettre en avant l’orientation vers les besoins utilisateurs. Ce terme inclura aussi d’autres méthodes d’adaptation développées par ailleurs comme par exemple l’estimation de métrés, le principe de Pareto… L’objectif de ces travaux est bien d’adapter l’utilisation des outils et faciliter l’interprétation des résultats par des non‐experts de l’ACV. 139/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 2
Tâche 2.2 Simplification METHODOLOGIE POUR LE CALCUL DE DONNEES GENERIQUES
Afin de permettre la réalisation d’évaluation environnementale à différentes phases d’un projet, les logiciels d’Analyse de Cycle de Vie du bâtiment doivent pouvoir proposer des données environnementales génériques. Ces données sont, à contrario des données spécifiques propres à une gamme d’un type de produit d’un industriel donné, relatives à un produit « moyen », représentatif des produits disponibles sur le marché français. Afin d’enrichir la bases de donnée génériques de l’outil ELODIE, une méthodologie de calcul de ces valeurs a été développée et est présentée ci‐après. Cette méthodologie pratique repose sur le type de données sources disponibles pour réaliser le calcul. 2.1 Définition des données sources utilisées
Les données génériques développées ici peuvent s’appuyer sur : -
‐
‐
Des données spécifiques, qui sont représentatives d’un produit, d’un groupe de produits ou d’un service de construction, fournies par un fournisseur [2].  Certaines FDES françaises suivent ce modèle (FDES individuelles). Des données moyennes, qui sont représentatives de d’un produit, d’un groupe de produits ou d’un service de construction, fournies pas plus d’un fournisseur [2][2].  Certaines FDES françaises suivent ce modèle (FDES collectives). Des données génériques, qui sont représentatives de plus d’un type de produits ou service de construction, fournies par plus d’un fournisseur [3][3]. On trouve des données génériques à échelle d’un pays, d’un continent, ou à échelle mondiale. Les données d’Inventaire du Cycle de Vie (ICV) de la base de données Ecoinvent suivent ce modèle, en ce qui concerne les matières premières, les processus de fabrication et le transport [5]. Ces données utilisées pour cette méthodologie peuvent être définies pour un contexte français, ou européen ou mondial. Ces données d’ICV doivent ensuite être caractérisées en impacts environnementaux pour être utilisées dans l’analyse de cycle de vie d’un bâtiment. 2.2 Méthodologie
Ainsi la réalisation de données génériques dépend du type de données sources disponibles. En réponse à cela, une méthode générale est développée suivant les différents cas de figure. 140/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification Comme dans toute ACV, la réalisation d’une donnée environnementale débute par la définition de son Unité Fonctionnelle. L’unité fonctionnelle d’une donnée générique est à définir pour que d’une part son usage soit simple et intuitif à l’utilisateur, mais également pour qu’elle réponde à la plupart des cas de produits rencontrés. A titre d’exemple pour une donnée d’isolation, les métrés de bâtiment donnent une surface d’isolation. Et de nombreuses FDES sont calculées sur la base d’une unité en mètre carré. Or, une donnée en m² implique également une épaisseur définie, ce qui n’est alors plus très judicieux dans le contexte actuel du bâtiment, en raison du foisonnement de produits, d’épaisseurs et de caractéristiques thermiques. Une donnée en mètre cube semble alors plus adéquate, laissant libre l’épaisseur et la surface de matériau. Après analyse, 4 cas découlent de l’identification des données sources disponibles, et la méthodologie appropriée est décrite ci‐après : 1.
2.
3.
4.
La donnée générique s’appuie sur plusieurs FDES. La donnée générique ne s’appuie que sur une FDES. Pas de FDES, la donnée générique s’appuie sur une donnée ICV Ecoinvent. Pas de FDES, la donnée générique s’appuie sur plusieurs données ICV Ecoinvent 2.2.1 Cas 1
La donnée générique à produire peut s’appuyer sur plusieurs FDES, principalement disponibles sur la base INIES [4]. L’idéal serait alors de produire une donnée générique issue d’une moyenne arithmétique pondérée des parts de marché de chacun des produits. Par manque d’informations, cette pondération peut difficilement être prise en compte. C’est pourquoi, dans des cas où les produits sont de même type, leurs parts de marché seront supposées équivalentes [1]. Dans ce cas où plusieurs données sources (FDES) peuvent donner lieu à une donnée générique, la donnée générique sera calculée par une moyenne arithmétique sur tous ses indicateurs au format NF P01‐010, et pour l’ensemble des phases du cycle de vie (production, transport, mise en œuvre, vie en œuvre et fin de vie). 141/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification Il peut cependant y avoir un cas intermédiaire, où la donnée générique peut être calculée comme une moyenne arithmétique, mais où les différentes phases du cycle de vie ne sont pas renseignées. Seuls les impacts totaux sur le cycle de vie complet sont donnés. C’est le cas de la plupart des FDES actuellement disponibles sur INIES. Dans ce cas, le cycle de vie de la donnée générique ne sera pas détaillé. La donnée générique sera calculée uniquement sur le bilan global du cycle de vie comme une moyenne arithmétique sur tous les indicateurs environnementaux de la NF P01‐010. En fonction des données disponibles, les unités fonctionnelles des données sources peuvent ne pas être les mêmes. Ou encore, certaines caractéristiques volumétriques, ou massiques peuvent différer. Il est alors nécessaire d’harmoniser les données avant de les moyenner. L’harmonisation des données se fait sur un paramètre, comme par exemple l’épaisseur pour une donnée en mètre carré. Le paramètre d’harmonisation doit cependant tenir compte de la nature des composants. Une fois le paramètre d’harmonisation choisi, et les données harmonisées, la moyenne peut être réalisée. C’est sur la base de cette moyenne que la donnée générique est calculée, par multiplication des valeurs moyennes de chaque indicateur par une valeur générique du paramètre d’harmonisation. 2.2.2 Cas 2
La donnée générique à produire ne peut s’appuyer que sur une seule FDES. Dans le cas présent, un coefficient majorant forfaitaire de 5 % est appliquée à la donnée source, pour en faire une donnée générique. De même, la donnée source peut être déclarée en « phase par phase » comme en « total cycle de vie ». Le problème est traité comme au cas 1. Dans tous les cas, pour chaque phase connue, chaque indicateur sera augmenté du coefficient forfaitaire (i.e. multiplié par le coefficient 1.05). 2.2.3 Cas 3
Il n’y a pas de FDES disponible sous INIES, ou de FDES connues, pour appuyer une donnée générique. Dans ce cas, la donnée générique sera traitée à partir de données ICV issues de la base Ecoinvent. La base de données Ecoinvent fournit des données génériques de production de produits et matériau, ainsi que des données de procédé, applicable aux matériaux. On y trouve des données à échelle mondiale, européenne, et à échelle du pays, dont la France. 142/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification A l’aide du logiciel SimaPro, une donnée générique de production peut être faite, en utilisant des données matériau et des données procédé, afin de faire une donnée qui se rapproche le plus possible de la donnée générique à produire. Pour la réalisation des données génériques de source Ecoinvent, quelques règles sont à appliquer. L’utilisation de la règle de calcul appelée « Mat France V2.07 » permet de calculer les flux de références demandés par la norme NF P01‐010, à partir des données Ecoinvent. Les données matériau et données procédé seront utilisées selon la hiérarchie France (FR), Europe (RER) et monde (WO) ; les données seront utilisées autant que possible dans le contexte français. Dans le cas où les données Ecoinvent ne seraient pas relatives au contexte français, les données Europe (RER) et monde (WO) seront re‐contextualisées au contexte français, afin d’avoir une donnée générique de production française. Cette re‐contextualisation consiste, a minima, à réattribuer le profil environnemental du mix électrique français à la consommation électrique de production. Les données Ecoinvent permettent a minima de calculer une donnée de production ; les autres phases du cycle de vie (transport, mise en œuvre, vie en œuvre, et fin de vie) sont traitées à posteriori à l’aide de ratios ou de scénarii : ‐
es ratios ont été calculés dans le cadre de la thèse « Etude d’un modèle simplifié pour l’analyse de cycle de vie du bâtiment » de S. LASVAUX [6]. Ces valeurs (pourcentage d’allocation par phase du cycle de vie) s’appuient sur la phase de production afin de donner une valeur « par défaut » aux autres phases du cycle de vie, représentatives du contexte français. Les ratios s’appliquent pour tous les indicateurs environnementaux des données génériques. Pour les indicateurs de « déchets non dangereux » et « déchets inertes », les ratios n’incluent pas le flux de référence de la donnée générique dans les déchets en fin de vie, c’est pourquoi il convient de l’ajouter aux déchets non dangereux ou aux déchets inertes. ‐
Les scénarii par défaut permettent d’élaborer une donnée environnementale complète quand seule la phase de production est connue. Ces scénarii seront également calculés à partir de données Ecoinvent. o Sur la phase Transport, la distance moyenne de parcours en France est de 300km en camion. Les données génériques prendront donc un impact sur la phase de transport de 300km multiplié par le poids de l’unité fonctionnelle (UF). Ceci est également modulé par le choix de la catégorie de camion, dépendant du type et du volume de l’UF. 143/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 o
Tâche 2.2 Simplification La phase de Mise en Œuvre prendra en compte un impact relatif au taux de chute, pris arbitrairement égal à 5% [moyenne constatée des taux de chute]. Les impacts relatifs au taux de chute seront ajoutés à la phase de production. Ainsi les indicateurs de la phase de production seront multipliés par le facteur 1.05. A cela s’ajoute également les matériaux de mise en œuvre, qui seront pris en compte lorsqu’ils seront connus (type et quantité par UF). Les impacts relatifs à ces matériaux seront, quant à eux, comptabilisés dans la phase de mise en œuvre. o
o
Concernant le scénario de Vie en Œuvre, il sera considéré que le matériau ou le produit ne nécessite pas d’entretient particulier ou de remplacement durant toute sa durée de vie. Hormis pour d’éventuels cas particuliers (produits à nettoyage fréquent, ou à émission dans l’air importante), tous les impacts de la phase Vie en Œuvre sont nuls. Le scénario de Fin de Vie correspond à un scénario de production et gestion de déchets. Il y sera considéré que l’ensemble du produit est mis en centre de stockage de déchets non dangereux. Dans les cas où l’UF de la donnée générique ne sera pas massique, les quantités de déchets seront calculées manuellement. 2.2.4 Cas 4
Certaines données génériques peuvent aussi être le fruit de plusieurs types de données sources. C’est le cas par exemple des fenêtres, composées à la fois de verre double ou triple vitrage, et d’un cadre. La donnée générique se construit comme une association des différents produits et matériaux, tel un « macro‐
composant », au sens de l’outil Elodie. Après avoir statué sur l’unité fonctionnelle de la donnée générique, celle‐ci est calculée en deux temps : la première chose est de calculer, ou rassembler une donnée par composants de la données générique ; la seconde est de calculer la donnée générique, comme somme pondérée des données composants. o
o
Les données composant des éléments de la donnée générique sont calculés comme des données génériques indépendantes. L’unité fonctionnelle doit être appropriée à la future donnée générique, de façon à ce que la somme des données sources soit cohérente pour la donnée générique. Dans l’idéal, tous les composants doivent prendre la même unité fonctionnelle. La donnée générique à produire est alors une somme pondérée des composants identifiés et/ou calculés. La pondération de la somme se fait par rapport aux quantités présentes dans « l’élément générique », suivant l’unité fonctionnelle des composants. 144/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification L’unité fonctionnelle de la donnée générique finale peut ne pas être la même que l’unité fonctionnelle des composants utilisés en amont. Les différentes unités fonctionnelles utilisées ici doivent permettre une simplification des calculs d’assemblage de la donnée générique. L’unité fonctionnelle de la donnée générique doit aussi permettre une utilisation simple de la donnée. 145/565
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Tâche 2.2 Simplification SCHEMA DE PRINCIPE GLOBAL
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Tâche 2.2 Simplification ADAPTATION DES REGLES DE CALCUL DU CONTRIBUTEUR
MATERIAUX
4.1 Cadre général du contributeur matériaux de construction
Afin de pouvoir proposer des méthodologies permettant d’adapter les règles de calcul du contributeur matériaux de construction aux besoins des acteurs intervenant tout au long du cycle de conception d’un bâtiment, il a été décidé de les interroger. Une enquête a été menée afin d’identifier les informations à disposition de chacun des acteurs impliqués à chaque étape d’un projet de conception. Cette enquête a été réalisée auprès de différentes entreprises appartenant à la maîtrise d’ouvrage, la maîtrise d’œuvre, ou bien à des entreprises générales. Dix‐sept personnes appartenant à huit organisations ou entreprises ont participé à cette étude. Vous trouverez le questionnaire en Annexe 1. De l’analyse des réponses des professionnels, il en résulte que seules les entreprises générales sont capables de décrire précisément le bâtiment comme un ensemble de composants. La maîtrise d’ouvrage et la maîtrise d’œuvre décrivent les ouvrages en fonction d’autres paramètres, tels que la volumétrie, le programme et les éléments fonctionnels nécessaires. Figure 4 : Sondage sur la disponibilité des informations au cours d’un projet de construction
147/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification Les réponses obtenues permettent d’envisager différentes méthodologies répondant aux besoins des différentes parties prenantes en termes de réalisation d’ACV en phases amont, avec une durée raisonnable de collecte d’informations et de modélisation dans un logiciel donné. Pour l’ensemble des méthodes d’adaptation de l’ACV proposées pour le contributeur matériaux de construction, au‐delà de la description de la méthodologie, les données nécessaires pour l’implémentation de la méthode sont détaillées et les données environnementales à utiliser sont également mentionnées. Finalement, des recommandations sont promulguées pour guider les acteurs dans le choix de la méthode répondant au mieux à leurs besoins. 4.2 Solution 1 : Loi de Pareto et utilisation de ratios (simplified)
4.2.1 Principe général
Le principe de Pareto, aussi appelé principe des 80/20 ou encore loi des 80/20, est le nom donné à un phénomène empirique constaté dans certains domaines : environ 80 % des effets sont le produit de 20 % des causes. L’application de ce principe au contributeur matériaux de construction vient du constat que c’est pour ce contributeur que l’utilisateur est amené à saisir une très grande quantité d’information (plusieurs centaines) et à faire de nombreux choix de modélisation (choix des données environnementale, unités de référence différentes...) s’il souhaite prendre en compte l’ensemble des matériaux mis en œuvre sur le chantier. Cela est le plus souvent chronophage et nuit à l’opérationnalité des études ACV dans les différentes phases du projet. Cela expose également l’utilisateur à de nombreuses erreurs potentielles (voir sous‐tâche 2.3 sur la reproductibilité entre utilisateurs). L’idée est donc de montrer que la grande majorité des impacts environnementaux provient d’une partie réduite des matériaux de construction, matériaux qui sont le plus souvent ceux mis en œuvre en grande quantité et de façon systématique sur des projets. L’autre constat est que le choix des données environnementales peut être problématique en phase amont (manque d’informations sur les quantités exactes, leur nature....). Pour faciliter une première analyse des ordres de grandeur des impacts environnementaux du bâtiment, il est plus facile pour un utilisateur de travailler avec une structure figée et des données environnementales pré‐associées. 148/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification Dans cette méthode, nous souhaitons donc faciliter le travail des opérationnels de 2 manières différentes : 

Saisir un nombre réduit d’éléments, suivant un référentiel et un jeu de données environnementales figé, Compenser la non saisie de matériaux par des ratios. Figure 5: Principe générale de la méthodologie
4.2.2 Méthodologie pour la mise en place de ce mode adapté
4.2.2.1 Définition des principaux contributeurs des impacts environnementaux
La première étape consiste à définir les éléments constitutifs d’un bâtiment. Il ne faut pas ici regarder uniquement le poids environnemental unitaire de chacun des matériaux mis en œuvre, mais surtout la fréquence de mise en œuvre et la quantité mise en œuvre. Voici un exemple : 1 m² de panneaux solaires possède un poids environnemental bien supérieur à un 1 m² de cloisons en plâtre. Or, au vue de la fréquence de mise en œuvre faible de panneaux solaires, et en petite quantité, par rapport à la présence systématique et en très grand volume de cloisons en plâtre, cette dernière fera partie des contributeurs principaux, contrairement aux panneaux solaires cités précédemment. Pour déterminer la décomposition par défaut du mode simple, il faut, dans un premier temps, modéliser différents bâtiments ayant la même typologie et des modes constructifs proches dans un outil ACV. Les modélisations sont réalisées à partir des informations les plus précises possibles de projets en cours de réalisation ou déjà réalisés. Le processus définie pour obtenir cette liste de principaux contributeurs peut être consulté en Annexe 2. 149/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification Une fois les bâtiments modélisés, avec la prise en compte de tous les matériaux entrants, il est possible de dégager les tendances en termes de matériaux qui présentent un impact important pour l’ensemble des bâtiments. La liste ci‐dessous correspond à ce retour d’expérience sur la modélisation complète projets de logements collectifs. Bien entendu, des projets très spécifiques avec des particularités notables ne sauraient être décrits si succinctement et nécessiteraient une analyse détaillée afin d’en obtenir les impacts environnementaux. De plus, cette liste doit être redéfini pour chaque typologie de projets (scolaire, bureaux...). Quantité & fréquence de mise en œuvre importante Acier de ferraillage (en kg) Equipements sanitaires (par unité) Béton de fondation (en m3) Ascenseurs (par unité) Béton d’infrastructure (en m3) Installations électriques par logements (par unité) Bloc béton (en m²) Etanchéité / Terrasse (en m²) Isolation (en m²) Cloison (en m²) Doublage (en m²) Menuiseries extérieures (en m²) Revêtements sols durs Revêtements sols souples Peinture Chacune de ces catégories de matériaux sera décomposée en plusieurs sous produits permettant de proposer un panel de matériaux suffisamment large pour ne pas bloquer l’utilisateur dans ses choix. Par exemple, plusieurs typologies de menuiseries extérieures seront proposées (aluminium, PVC, bois). 150/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification 4.2.2.2 Modélisation des bâtiments
Une fois cette liste des principaux contributeurs définie, il faut modéliser dans l’outil d’ACV différents projets répondant à la même typologie et ayant des modes constructifs proches. Chacun des projets a été modélisé de la façon suivante : 
1 modélisation dite « étendue » : Modélisation la plus fine possible, prenant en compte : o L’ensemble des matériaux qu’il est possible de comptabiliser à l’heure actuelle (plusieurs centaines), o Le choix de données environnementales le plus proche possible de la réalité du produit mis en œuvre. 
1 modélisation dite « simple » : Modélisation n’incluant que les matériaux ayant le plus d’impact / présents en grande quantité, comprenant : o Une liste réduite de matériaux dont la présence est systématique dans les études de chiffrage (une vingtaine), o Pour chaque matériau, une valeur générique a été associée. Ces données génériques sont soit des données syndicales (représentant tout un corps de métier), soit recalculées à partir d’EcoInvent. 
1 modélisation dite « simple avec ratio » : Modélisation identique à la modélisation précédente mais pour laquelle un ratio, déterminé à partir des écarts entre modélisations « étendues » et modélisations « simples ». Cela permet de visualiser l’effet de l’usage d’un ratio. Cette modélisation est possible une fois que les ratios ont été déterminés. Au total, 7 bâtiments de logements collectifs ont été modélisés de cette manière afin d’en tirer les écarts statistiques et de déterminer des ratios. La description de ces différents bâtiments peut être trouvée en Annexe 3. Le même procédé peut appliquer à d’autres typologies : bureaux, bâtiments scolaires... La décomposition par lots peut varier d’une entreprise à une autre. Afin de proposer une étude la plus générique possible, nous avons décidé de modéliser les différents bâtiments sur la base du découpage en lot proposé dans l’expérimentation HQE Performance 2012. Voici ces différents lots : 1. VRD (Voirie et Réseaux Divers) 8. CVC (Chauffage – Ventilation – Refroidissement ‐ eau chaude sanitaire
2. Fondations et infrastructure 9. Installations sanitaires 3. Superstructure ‐ Maçonnerie 10. Réseaux dʹénergie électrique et de communication (courant fort et courant faible) 4. Couverture – Etanchéité ‐ Charpente ‐ Zinguerie 11. Sécurité des personnes et des bâtiments 5. Cloisonnement ‐ Doublage ‐ Plafonds suspendus ‐ 12. Eclairage 151/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Menuiseries intérieures 6. Façades et menuiseries extérieures 7. Revêtements des sols, murs et plafonds ‐ Chape ‐
Peintures ‐ Produits de décoration Tâche 2.2 Simplification 13. Appareils élévateurs et autres équipements de transport intérieur 14. Equipement de production locale dʹélectricité 4.2.2.3 Calcul des ratios
Le ratio, nommé par la suite « R1 », correspond à la part des impacts du contributeur matériaux de construction de la modélisation « simple » par rapport aux impacts de la modélisation « étendue ». Il permet donc de rajouter les impacts des matériaux non pris en compte dans la modélisation « simple ». Le calcul effectué est le suivant : é
Pour chaque indicateur, un ratio spécifique est calculé. 152/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification Moyenne Ecart Type médiane
Energie primaire totale 78,22% 4,41% 77,88% 70,51% 10,41% 69,78% 76,77% 3,93% 76,82% Epuisement des ressources 77,79% 4,80% 78,68% Consommation d'eau totale 75,19% 3,88% 74,87% Déchets dangereux 77,34% 16,68% 70,74% Déchets non dangereux 64,90% 11,23% 64,24% Déchets inertes 79,61% 10,48% 79,80% Déchets radioactifs 89,45% 3,00% 88,70% Changement climatique 82,22% 4,24% 83,67% Acidification atmosphérique 79,83% 5,39% 82,29% Pollution de l'air 74,16% 5,69% 76,32% Pollution de l'eau 69,14% 14,90% 70,14% Formation d'ozone photochimique 64,18% 9,31% 62,95% Destruction de la couche d'ozone stratosphérique 73,13% 18,67% 81,93% Consommation de ressources énergétiques Energie renouvelable Energie non renouvelable
Déchets solides éliminés Ratios pour des logements collectifs avec modélisation avec prise en compte du renouvellement (50 ans)
On remarque que dans l’ensemble, les ratios R1 sont compris entre 70 % et 80 %, excepté pour deux indicateurs. On remarque également que les écarts types des indicateurs déchets sont supérieurs à 10 %. Ces indicateurs sont en effet sensibles à la notion de renouvellement. De plus, certaines typologies de matériaux sont susceptibles de produire des quantités de déchets non négligeables tout au long de leur cycle de vie, comme notamment les produits en bois, qui sont difficilement quantifiables en amont des projets (porte de placard, plinthe...). 153/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification 4.2.2.4 Application des ratios
Pour modéliser un projet à partir des ratios, l’utilisateur travaille à partir d’une décomposition figée, ainsi que des données environnementales prédéfinies. Cette description n’est pas éditable par l’utilisateur, seule la quantité de matériaux adéquate est demandée. A cette liste réduite est ajouté le ratio R1 (+X %) permettant de représenter la part des matériaux non demandés, mais pourtant présents dans le projet. On a donc comme calcul : â
∑ ∗
é
/
L’image ci‐dessous montre les résultats d’un des projets de logements collectifs modélisées sous forme d’un graphique radar permettant de visualiser l’apport du ratio R1 défini dans le cadre de cette étude. Graphique Radar présentant l’ajout d’un ratio avec prise en compte du renouvellement pour une
modélisation de bâtiment avec renouvellement (DVT 50 ans)
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BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification 4.2.2.5 Etude de sensibilité :
Le contributeur matériaux de construction est sensible au renouvellement des matériaux tout au long du cycle de vie du bâtiment. Après analyse des différentes données environnementales utilisées le plus fréquemment, il a été observé qu’une majorité des matériaux avaient une durée de vie estimée (DVE) de 50 ans. Afin de vérifier la variabilité des ratios en fonction du renouvellement des différents matériaux, une variante avec prise en compte du renouvellement (durée d’étude 50 ans) et une autre avec non prise en compte du renouvellement des matériaux (durée d’étude 1 an) ont été réalisées. Tout d’abord, on réalise la même étude que précédemment afin d’obtenir un jeu de ratios basé sur un scénario sans prise en compte du renouvellement des matériaux. Moyenne Ecart Type médiane
Energie primaire totale 76,84% 4,29% 75,61% 67,98% 10,42% 65,56% 77,36% 4,16% 75,30% Epuisement des ressources 77,04% 4,21% 75,02% Consommation d'eau totale 69,59% 2,83% 69,54% Déchets dangereux 66,54% 8,29% 62,36% Déchets non dangereux 64,11% 9,00% 63,02% Déchets inertes 80,02% 11,05% 81,28% Déchets radioactifs 86,55% 4,42% 85,47% Changement climatique 82,68% 4,27% 80,66% Acidification atmosphérique 80,40% 4,65% 79,63% Pollution de l'air 75,30% 5,83% 77,43% Pollution de l'eau 72,48% 11,68% 73,30% Formation d'ozone photochimique 70,86% 10,00% 68,72% Destruction de la couche d'ozone stratosphérique 70,84% 20,34% 83,89% Consommation de ressources énergétiques Energie renouvelable Energie non renouvelable
Déchets solides éliminés Ratios pour des logements collectifs avec modélisation sans prise en compte du renouvellement (1 an)
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BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification Une analyse rapide montre que seul l’indicateur déchets dangereux est nettement impacté par ces changements de paramètres. Les autres indicateurs restent stables face au renouvellement et les valeurs des ratios varient de l’ordre de 1 à 2 %. On remarque également que les indicateurs déchets sont beaucoup plus stables dès lors que le renouvellement n’est pas pris en compte (écart type moins important que dans le cas du scénario avec prise en compte du renouvellement). Cela confirme bien leur sensibilité à ce paramètre. Afin d’étudier la sensibilité des modélisations avec ratios à la notion de renouvellement, à l’échelle du bâtiment, il est intéressant d’effectuer les tests suivant : les ratios calculés pour chacune des 2 modélisations sont appliqués respectivement à l’une puis à l’autre des modélisations. On étudie tout d’abord les impacts sur un projet de l’application de ratios en phase avec les hypothèses de modélisation (renouvellement / modélisations sur 50 ans – non renouvellement / modélisation sur 1 an). Graphique Radar présentant l’ajout d’un ratio sans prise en compte du renouvellement pour une modélisation de
bâtiment sans renouvellement (DVT 1 an)
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BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification Graphique Radar présentant l’ajout d’un ratio avec prise en compte du renouvellement pour une modélisation de
bâtiment avec renouvellement (DVT 50 ans)
On remarque que les ratios fonctionnent correctement pour les 2 modélisations. On étudie ensuite les impacts sur un projet de l’application de ratios avec inversion des hypothèses de modélisation (renouvellement / modélisation sur 1 an – non renouvellement / modélisation sur 50 ans). 157/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification Graphique Radar présentant l’ajout d’un ratio avec prise en compte du renouvellement pour une
modélisation de bâtiment sans renouvellement (DVT 1 an)
Graphique Radar présentant l’ajout d’un ratio sans prise en compte du renouvellement pour une
modélisation de bâtiment avec renouvellement (DVT 50 ans)
On remarque que les tendances restent les mêmes, sauf pour l’indicateur déchets dangereux pour lequel, les courbes se croisent. 158/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification 4.2.2.6 Intérêts et limites de la méthode
Cette méthode présente un intérêt certain quant au gain de temps de modélisation tout en conservant les ordres de grandeur satisfaisant pour l’ensemble des indicateurs. Cette méthodologie s’adresse particulièrement aux entreprises générales, qui sont amenées à travailler sur un nombre important de projets standardisés, et pour qui la réalisation d’études ACV complètes peut s’avérer complexe à implémenter à grande échelle. Pouvoir réaliser une étude adaptée à leurs besoins, c'est‐à‐dire obtenir des ordres de grandeur d’impacts environnementaux rapidement en phase amont, au vu des quantités de matériaux mises en œuvre, est pertinent. De plus, en limitant le nombre de saisies et le nombre de choix de modélisation, l’utilisateur est moins exposé aux risques d’erreurs et d’incohérence. En revanche, cette méthodologie ne répond pas au problème du manque d’informations dans les phases très amont pour lesquelles des quantités globales de matériaux peuvent être difficiles à obtenir. De plus, les ratios sont pertinents pour des typologies de projets classiques. Dès lors qu’un projet nécessite des matériaux qui sortent de l’ordinaire, ou bien présente une structure innovante, les ratios risquent de ne plus être en phase avec les spécificités d’un tel projet. 4.2.3 Données environnementales associées
Comme expliqué précédemment, afin de ne pas rendre les modélisations trop chronophages, cette méthodologie se base sur l’utilisation de données génériques non modifiables par l’utilisateur. Ces données génériques peuvent avoir plusieurs origines : 


Données collectives
Données spécifiques si aucune autre donnée n’existe
Donnée EcoInvent recontextualisé
La liste des données génériques proposées peut être consultée en Annexe 4. Il est à noter que des travaux sont en cours pour réussir à décrire de façon complète un bâtiment uniquement à partir de données génériques. La liste proposée dans cette étude sera mise à jour en fonction des résultats de ces travaux, et les jeux de ratios, qui seront impactés par les modifications de données environnementales génériques, seront également mis à jour. 4.2.4 Données relatives aux bâtiments nécessaires
Les données sources à renseigner dans l’outil ACV proviennent de documents de chiffrage, propres à chaque entreprise. On peut citer notamment : 159/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 

Tâche 2.2 Simplification Devis / facture des entreprises générales / sous‐traitants pour le gros œuvre Devis / facture des entreprises générales / sous‐traitants pour les corps d’état architecturaux et les corps d’état techniques. 4.3 Solution 2 : Estimation des quantités à partir de grandeurs
dimensionnantes (simplified)
4.3.1 Principe général
L’observation de la pratique des équipes d’étude de prix d’une entreprise générale du bâtiment a permis de faire un constat : dès la phase esquisse, ces équipes sont en mesure d’estimer le coût d’un bâtiment. Dès lors une démarche similaire semble possible pour estimer les quantités de matériaux du bâtiment. La méthode proposée s’appuie donc sur l’idée que les quantités de chacun des composants installés sont liées à des paramètres globaux du bâtiment, tels que les surfaces (habitable, utile), le nombre d’étages, le nombre de logements, etc. Ainsi, lorsque les relations entre composants et paramètres du bâti sont clairement définies, il est possible de décrire entièrement le bâtiment en saisissant une liste réduite d’informations. Ces informations sont disponibles dès la phase esquisse. En effet, la programmation du projet et les plans d’esquisse donnent accès à la géométrie du bâtiment, le nombre de niveaux, le nombre et les types de logements, les surfaces vitrées, le type de chauffage, etc. Les quantités seront alors automatiquement calculées et pourront être saisies manuellement ou exportées automatiquement dans un logiciel de modélisation ACV. Le rattachement de chacun de ces éléments à une donnée environnementale pourra être automatique ou libre de choix à l’utilisateur. Les données environnementales utilisées pourront être génériques (phase amont) ou alors spécifiques, dès lors que des informations plus précises sur les matériaux sont accessibles. 160/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification Figure 6 : Principe général de la méthodologie
A la différence de la loi de Pareto, on n’applique pas ici des ratios directement sur les valeurs d’impacts environnementaux mais on cherche à estimer les quantités de matériaux. Ainsi la méthode peut être appliquée quelle que soit la base de données environnementale que l’utilisateur souhaite utiliser par la suite. 4.3.2 Méthodologie pour la mise en place de ce mode adapté
4.3.2.1 Elaboration d’un outil estimatif de quantités
L’objectif est de créer un outil permettant de compléter le contributeur COMPOSANT d’une ACV à partir des informations disponibles en phase amont. Ces informations étant la plupart du temps générales et accessible de tous, il est possible de comparer rapidement des variantes sur le bâtiment et ainsi atteindre la finalité d’éco‐conception de l’ACV. Un outil d’estimation en phase amont des quantités de produits installés doit être basé sur les éléments suivants : 


La liste des composants typiquement mis en œuvre dans un bâtiment pour une
typologie donnée ;
La liste des paramètres du bâtiment qui influent sur les composants mis en œuvre ;
Les ratios tirés de retours d’expérience permettant d’estimer les quantités mises en
œuvre.
Ces trois éléments peuvent être mis au point à partir de statistiques alimentées par différents documents (métrés détaillés, devis sous‐traitants et factures). 161/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification Sur la Figure 7, on peut constater le parallèle qui existe entre le développement d’un outil d’étude de prix et d’un outil d’estimation des quantités à finalité d’ACV. On remarque en effet que les documents sources sont identiques. Le développement d’un tel outil estimatif de quantités a déjà pu être réalisé par d’autres métiers de l’entreprise, notamment les études de prix. Figure 7 : Schéma présentant le parallèle dans le développement d’un « outil estimatif des quantités pour
l’ACV » et un « outil d’étude de prix »
La fiabilité de la méthode est fonction de l’ampleur de l’échantillon statistique et de la bonne analyse des relations entre paramètres du bâti et quantités de composants. Ainsi certaines quantités dépendront de plusieurs paramètres (exemples : largeur, longueur, hauteur du bâtiment, présence d’ascenseurs, chauffage collectif ou individuel). Afin de permettre une utilisation en éco‐conception, il est nécessaire d’exprimer toutes les quantités en fonction de paramètres « fondamentaux » connus dès les premières phases de la conception : c’est la description paramétrique du bâtiment. Ces paramètres fondamentaux doivent être disponibles dans les documents existants en phase esquisse, à savoir les plans d’esquisse et le programme. La méthodologie décrite ici a été appliquée au logement collectif car la standardisation des modes constructifs pour cette typologie est bonne et permet à cette méthodologie d’obtenir des résultats convaincants. 162/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification Cette même approche apparaît plus limitée dès lors que l’on travaille sur un projet « exceptionnel » de part ses fonctionnalités et ses dimensions. Le retour d’expérience étant forcement plus limité, le chiffrage du projet nécessitera beaucoup plus de travail pour les services d’études de prix. Dans le cadre du projet BENEFIS, l’expérimentation portera également sur les bâtiments de bureaux et les groupes scolaires qui présentent des standardisations suffisamment importantes. 4.3.2.2 Différences entre les études de prix et l’ACV
Comme mentionné dans la partie précédente, il est possible de s’appuyer sur les travaux des études de prix pour ne pas partir de zéro dans l’élaboration de l’outil. Toutefois, quelques modifications sont nécessaires car les finalités sont différentes. En effet, initialement prévue pour déterminer le prix d’un projet le plus en amont possible, ces méthodes doivent être adaptées à une utilisation pour l’ACV. Les listes de paramètres et de composants, les fonctions et les ratios sont généralement à conserver. Toutefois, certaines informations nécessaires au chiffrage sont inutiles en ACV, et vice‐versa. Ainsi certains détails des prestations, qui influent le prix appliqué, sont à retirer de l’outil d’estimation des impacts. A l’inverse, certains éléments techniques, tels que les canalisations ou les câbles électriques, ne sont pas détaillés dans les outils de chiffrage ou n’apparaissent pas avec des unités exploitables en ACV. Un travail de recherche dans la bibliographie et dans les bases de données de prestations (Batiprix, base interne de l’entreprise) doit être mené pour déterminer les quantités de matériaux mise en œuvre dans ces lots techniques. 4.3.2.3 Exemple de métrés et de relations
De manière générale, l’outil ayant pour vocation d’éco‐concevoir un bâtiment, l’ensemble du clos couvert de celui‐ci doit être suffisamment bien décrit : les métrés des différents types d’ouvrages sont nécessaires mais les plans d’esquisse y donnent accès. La partie concernant les lots techniques pourra être définie simplement à partir d’informations générales qui, par des relations de trois types (illustrés ci‐après par des exemples), mèneront aux quantités de composants employés. Ces informations générales sont définies par la maîtrise d’ouvrage dans le programme. Les exemples ci‐dessous illustrent d’une part les différents types de métrés qu’il convient d’identifier sur la description en phase esquisse du bâtiment ; d’autre part les différents types de relations qui lient ces métrés et informations générales du programme aux quantités de matériaux et composants mis en œuvre dans le bâtiment. 163/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification Pour établir la description paramétrique du bâtiment, il est nécessaire d’identifier trois types de métrés : linéaires, surfaciques et unitaires. Les exemples ci‐dessous permettent de définir ces métrés. Métré linéaire Les métrés linéaires permettent d’identifier principalement les façades, les refends et les cloisons intérieures. Pour les façades par exemple, à partir du nombre de mètres linéaires de façades, il est possible de déterminer leur surface en tenant compte de la hauteur de chacun des étages. Dès lors que la surface de façades est connue, la standardisation des modes constructifs pour les logements collectifs permet de déterminer les quantités de bétons, d’acier, de doublage et d’enduits pour les façades voile béton, les quantités de parpaing, de doublage et d’enduits pour les façades maçonnées, etc. Métré surfacique A l’image des métrés linéaires, les métrés surfaciques permettent de déterminer les quantités de matériaux constituant principalement les dallages, les planchers, les toitures‐terrasses et les balcons. En connaissant la surface de plancher, il est possible de déterminer les quantités de béton et d’aciers constituant le plancher, avec pour seule information à partir de l’épaisseur généralement rencontrée en logement collectif et les ratios d’aciers incorporés. La démarche est similaire pour les autres surfaces. Métré unitaire Les métrés unitaires correspondent par exemple à l’identification des cages d’escaliers, des ascenseurs ou des portes. Par exemple, à partir du nombre d’escalier, on peut estimer les quantités de matériaux qui le constituent mais également en déduire les trémies que cela représente dans les planchers et ainsi retrancher la surface des trémies des métrés surfaciques identifiés précédemment. Ces trois types de métrés permettent donc d’estimer les quantités de matériaux des ouvrages mais également d’estimer des produits complémentaires (notamment pour les corps d’état techniques et 164/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification architecturaux) à partir de relations de trois types : directes, indirectes et conditionnelles. Des exemples ci‐
dessous permettent d’illustrer ces relations. Relation directe Les revêtements de sols souples sont en général installés dans les pièces sèches et dans les circulations, tandis que les sols durs sont posés dans les pièces humides. Une étude statistique sur quelques opérations permet de déterminer rapidement la proportion de pièces sèches/humides par rapport à la surface habitable totale. Les surfaces de circulations peuvent souvent être déterminées très tôt dans le projet, au moins de façon approximative. On peut donc facilement calculer les quantités de sols souples et durs, et donc les quantités des composants secondaires associés (ragréage, colle, etc). On aura ainsi un calcul du type : SSol souple = %SurfSèche x SHAB + SurfCirculation Ssol dur = %SurfHum x SHAB Relation indirecte Pour certains autres éléments, la relation entre quantités et paramètres peut être plus compliquée à déterminer, même si elle se traduit par un calcul simple. Par exemple, la quantité de plinthes correspond au périmètre des pièces sèches. Cette donnée est rarement exprimée dans les documents de conception et ne peut donc pas être un paramètre clef. Il est possible de raccorder le périmètre des pièces à la surface habitable. Le ratio périmètre/surface dépend de la typologie de l’appartement. Toutefois, une étude statistique sur une ou plusieurs opérations permet de déterminer une corrélation entre périmètre et surface habitable des pièces sèches. 165/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification Sur le plan ci‐dessous, on a mesuré la longueur de plinthes en considérant que seuls le séjour, la chambre et les dégagements étaient concernés. Cela correspond au périmètre de la pièce, excepté les portes et les façades de placard. On obtient ainsi les ratios suivants pièce par pièce : Pièce Appt1 Appt2 Appt3 Moyenne Séjour 0.91 0.78 0.91 0.86 Chambre 1.46 1.14 1.46 1.35 Dégagement 0.6 0.33 0.6 0.51 Moyenne 1.06 0.83 1.06 0.98 Tableau 1 : Ratio longueur de plinthe (m) / surface des pièces sèches (m²)
On peut donc choisir d’utiliser un ratio global ou un ratio pièce par pièce, selon la précision souhaitée. 166/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification Relation conditionnelle Au sein du lot CVC ou plomberie, de nombreux composants (tuyauterie, robinetterie, diffuseurs) dépendent du type de chauffage installé et du type de distribution choisi (collectif, individuel). Ainsi un outil générique devra prendre en compte les différents scénarios possibles afin de calculer tous les composants. On peut donc trouver des relations de type : Si E.C.S individuelle, Nb Chauffe‐eau= Nb logement + Nb T4 + Nb T5 + NbT6 Sinon : Nb chauffe‐eau = 0 4.3.2.4 Utilisation de l’outil estimatif de quantités
La Figure 8 présente l’enchaînement des étapes permettant d’aboutir à l’ACV du contributeur COMPOSANT du bâtiment. Les données d’entrée de l’outil estimatif proviennent des plans d’esquisse et d’informations du programme (plus de détail dans la partie 4.3.4). Figure 8 : Schéma descriptif des étapes de l’utilisation de l’outil estimatif développé
167/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification L’outil estimatif génère automatiquement l’ensemble des quantités de composants mises en œuvre dans le bâtiment. Plus de 200 composants sont générés, dont 74 produits et équipements de natures différentes. Pour plus de détails, se référer à l’Annexe 7. Ces quantités sont importées dans un outil ACV (p. ex. ELODIE ou EQUER) : de façon automatique si un format d’entrée de l’outil le permet ou de façon manuelle dans le cas contraire. Selon les objectifs de l’étude, les données environnementales associées à chacun des composants sont prédéfinies ou non (plus de détails dans la partie 4.3.3). Finalement, les calculs menés par l’outil ACV permettent d’aboutir au profil environnemental multicritère (ACV) du contributeur composant. 4.3.3 Données environnementales associées
Lorsque l’outil d’estimation des quantités est opérationnel, il est nécessaire de lier les quantités calculées à des données environnementales afin de traduire ces quantités en impacts environnementaux. Suivant les objectifs de l’étude, on peut procéder de deux manières : 

En utilisant des données génériques, c’est‐à‐dire des données correspondant à une catégorie de produits (ex : moquette) et non à un produit spécifique (ex : marque et modèle), on peut ainsi établir un profil environnemental « générique » du bâtiment. On compare ainsi les solutions proposées et non les produits utilisés. Il est alors possible d’automatiser l’attribution de fiches environnementales. Les résultats obtenus ne correspondent pas précisément aux impacts du bâtiment considérés, mais fournissent un bon ordre de grandeur et permettent de comparer l’influence de plusieurs variantes sur les résultats globaux. En utilisant des données spécifiques, c'est‐à‐dire en modélisant les produits qui seront réellement mis en œuvre dans le bâtiment (ou à défaut les produits les plus proches). On obtient ainsi un profil environnemental « spécifique » du bâtiment. L’attribution de fiches environnementales doit alors être manuelle en fonction des spécificités de chaque projet. La modélisation est donc plus fastidieuse. On compare ainsi à la fois les solutions proposées et le choix des produits mis en œuvre. Les impacts calculés correspondent alors réellement aux impacts du bâtiment. Ce type d’étude est plus adapté à une démarche de certification et ne peut être réalisée que dans les phases avancées de la conception, lorsque la plupart des produits sont déterminés. 4.3.4 Données relatives aux bâtiments nécessaires
L’objectif de cette méthode est de proposer une modélisation ACV en phase esquisse, au moment où les choix d’éco‐conception ont tout leur sens. Il faut travailler avec l’accès restreint aux données descriptives du bâtiment qui incombe à cette phase du projet. Toutefois, sans plan il est difficile de faire des choix d’éco‐conception sur la structure ou la géométrie du bâtiment. 168/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification En phase esquisse, les premiers plans du bâtiment sont produits : il s’agit des plans d’esquisse. Ils décrivent la géométrie générale du bâtiment (volumes, nombre de niveaux, surfaces vitrées) et donnent donc accès au découpage des différentes pièces et circulations de celui‐ci. Ces plans permettent d’extraire les métrés linéaires, surfaciques et unitaires dont l’outil a besoin en entrée. De plus le programme établi par la maîtrise d’ouvrage présente un certain nombre de choix de solutions techniques notamment les systèmes énergétiques, les systèmes de ventilation et de traitement d’air, les systèmes de distribution et traitement des eaux, etc. Ces informations permettent d’en déduire des quantités de systèmes, canalisations, câblages et autres composants du bâtiment à partir des relations (directe, indirecte, conditionnelle) contenues dans l’outil. 4.3.5 Intérêts et limites de la méthode
4.3.5.1 Intérêts
Quel que soit le type de données environnementales utilisées, on obtient un bilan environnemental complet sur le contributeur matériaux et composants du bâtiment, à partir d’un nombre de paramètres limité et facilement accessible pour tous les acteurs de la construction. La collecte d’informations sur le projet ainsi que la saisie dans le logiciel sont donc considérablement simplifiées et accélérées selon le degré d’automatisation de l’outil. Il est possible de comparer des variantes à tous les niveaux (par ex. modes constructifs, systèmes de chauffage ou aménagements intérieurs). Différentes variantes peuvent être considérées en changeant un ou plusieurs paramètres, qui auront des influences sur un nombre plus ou moins important de composants. Ainsi, on peut déterminer les points sensibles (« hotspots »), c'est‐à‐dire les choix de conception qui auront la plus grande influence sur les impacts globaux. L’utilisateur est libre d’ajouter ou de supprimer des composants, de modifier les quantités calculées ou de changer les données environnementales associées aux produits. Toutefois, il devra rester vigilant quant aux modifications réalisées, tout comme dans une ACV habituelle. 4.3.5.2 Limites
La principale limite de cette méthode réside dans la mise au point des ratios d’estimation des quantités. Dans le domaine de l’étude de prix, ces valeurs sont mises au point par chaque entreprise et sont spécifiques à sa pratique et son activité (pour une typologie donnée, pour une localisation géographique spécifique, etc.). Le transfert de ces valeurs à l’ACV risque donc d’aboutir à des outils propres à chaque entreprise et non à un outil commun permettant d’harmoniser les résultats. 169/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification De plus, si la standardisation des immeubles de logements collectifs permet d’obtenir facilement des valeurs types en fonction d’un nombre réduit de paramètres, les autres typologies de bâtiments présentent une plus grande diversité de conception qui complique la mise au point d’un tel outil. En outre, le gain de temps obtenu grâce à cette méthode dépend du degré d’automatisation du processus : 

quantités estimées directement intégrées à la modélisation ACV ou phase de retranscription, fiches environnementales pré‐associées aux composants ou choix de l’utilisateur. 4.4 Solution 3 : Modélisation du bâtiment par macro-composants du bâtiment
(simplified)
4.4.1 Principe général
L’intérêt de proposer un mode adapté par décomposition d’un bâtiment par macro‐composants sous ELODIE/EQUER est de fournir à l’utilisateur un outil rapide d’évaluation de l’impact environnemental, tout en permettant d’orienter l’outil vers l’éco‐conception. Figure 9: Principe générale de la méthodologie
La mise en place de macro‐composants, entité regroupant différents matériaux/produits pour une fonction/utilité au sein du bâtiment, est une approche particulièrement intéressante pour réduire le nombre de saisies et faciliter le choix des données associées en proposant des valeurs par défaut. La base de données de macro‐composants devra fournir une source de données claires et raisonnables en volume pour simplifier la lisibilité de l’utilisateur. Grâce à une telle base de données, nous proposons d’agir sur les deux axes majeurs de simplification précédemment cités. 170/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification Figure 2: Exemple d'un macro-composant de mur extérieur [7]
La Figure donne un exemple d’un macro‐composant de mur extérieur et permet d’appréhender la simplification offerte par la mise en place d’un tel objet. En effet, l’utilisateur aurait eu à fournir quatre informations (une par élément) en décrivant chacun des éléments indépendamment, au lieu d’une seule avec l’utilisation du macro‐composant. De plus, l’encapsulation de plusieurs matériaux/produits permet aussi d’éviter les éventuels oublis d’éléments qui pourraient survenir dans le cadre d’une description détaillée qui fait souvent intervenir de 100 à 300 références de produits différents. Cet objectif présente un intérêt certain au regard de l’ensemble des outils d’ACV (nationaux et internationaux) en proposant cette approche plus aisée à manipuler. Cette aisance et cette simplicité est un atout majeur, particulièrement dans les phases amonts des projets de construction, pour obtenir rapidement des résultats d’ACV à l’échelle bâtiment. La voie d’adaptation proposée permettra de repositionner ELODIE/EQUER comme des outils complets et efficaces tout au long d’un projet de construction : 

En phases amont, grâce à la simplification proposée En phases plus avancées, grâce à la finesse de la base de données et à la multitude d’informations saisies De tels travaux ont déjà été engagés par d’autres acteurs [7], [8], [11] sans toutefois proposer de validation ou d’évaluation d’une Analyse de Cycle de Vie (ACV) réalisée avec de telles solutions en comparaison à une ACV plus complète. Bien que le présent document ait uniquement vocation à présenter la méthodologie, cet aspect de validation constituera la partie la plus longue. En outre, cette validation permettra de situer au mieux des résultats d’éco‐conception obtenus par une modélisation à l’aide de macro‐composants par rapport à des résultats d’évaluation/certification en fin de projet. 171/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification 4.4.2 Méthodologie pour la mise en place de ce mode adapté
4.4.2.1 Généralités sur la description du bâtiment : nomenclature et arborescence
Le premier point de l’étude consiste à identifier les différents éléments descriptifs d’un bâtiment afin de les classer dans des lots puis de les décomposer par matériaux/produits. Ces éléments constitueront les macro‐composants à implémenter dans les outils. Différentes sources ont été explorées et comparées pour trouver une solution qui permette de les recouper : 





Green Guide to Specification [12] BatiBase [13] BatiPrix [14] recommandation KBOB [15] base INIES [16] Expérimentation HQE Performance [17] Afin de s’approcher d’une arborescence et d’une nomenclature en accord avec les différents acteurs du secteur, nous proposons d’intégrer les macro‐composants au sein de la classification par lots présentée dans les règles de cadrage HQE Performance. Ceci a aussi pour but de se positionner au mieux dans l’optique de futures certifications HQE et de continuer à communiquer autour d’une nomenclature déjà connue (et ainsi participer à faire croître sa notoriété). Enfin, il sera possible de se comparer aux ordres de grandeur obtenus dans le cadre de cette expérimentation. Les macro‐composants que nous proposerons devront donc pouvoir être classés dans les lots HQE Performance existants. L’objectif est de cloisonner un macro‐composant dans un seul lot HQE Performance même si les différents éléments qui le constituent sont positionnés dans des lots différents. Ce cloisonnement d’un macro‐composant dans un lot a pour but de clarifier l’arborescence. Les doublons pour certains matériaux/produits ne sont donc pas impossibles ; il s’agira de correctement renseigner l’utilisateur pour ne pas réintégrer certains composants qui auraient déjà été pris en compte dans un macro‐composant. Eventuellement, il est envisageable de mettre en place des règles d’interdiction entre certains macro‐composants au niveau de l’outil afin que l’utilisateur évite ces doublons. Un système d’analyse de cohérence pourrait, à long terme, être implémenté pour prévenir ce type de doublon. A titre d’exemple, il serait envisageable de vérifier la surface totale des revêtements de sol par rapport à la surface de plancher. 172/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification 4.4.2.2 Calcul des données environnementales du macro-composant
Principe : Le second point de l’étude est le calcul des données environnementales de ces macro‐composants à proprement parler. Pour cela, au même titre que pour la réalisation d’une ACV matériaux/produits, il sera nécessaire d’expliciter les hypothèses de l’étude et l’unité fonctionnelle considérée. Pour l’ensemble des éléments structuraux, nous essayerons de définir ces éléments pour une unité de surface (1 m², assurant yz propriétés pendant x DVT) alors que dans le cadre d’éléments techniques (réseaux eaux, électricités, ascenseurs…), plus complexes à décrire, nous donnerons une unité comme étant l’ensemble du système calculé à partir de métrés de référence. Un « métré de macro‐composant » doit ensuite être établi afin de décrire les différents éléments de façon détaillée (matériaux, dimensions…). Les données environnementales associées à ces éléments pourront provenir de : 
FDES de la base de données INIES : ce sont des données réalisées et mises à disposition par les industriels ou syndicats d’industriel. Elles peuvent être soit individuelles (c'est‐à‐dire représentatives d’un produit ou d’une gamme de produits proches d’un fournisseur) soit collectives (c'est‐à‐dire représentatives de produits de différents fournisseurs).  Fiches de la base de données ELODIE/EQUER : ces données sont réalisées directement par les développeurs des outils en contextualisant (d’un point de vue géographie, temporelle et technologique) des bases de données tierces (la base de données génériques EcoInvent est la plus souvent utilisée). Une fois les indicateurs environnementaux du macro‐composant calculés, une nouvelle fiche sera créée pour enrichir la base de données des outils. Figure 10: Schéma d'illustration de l'agrégation de données matériaux/produits pour obtenir une donnée macro-composant
La Figure 10 fait apparaître le principe de base d’agrégation de données depuis l’échelle matériaux/produits vers le niveau macro‐composant. Cette figure permet aussi de mettre en évidence les paramètres d’entrée et de sortie : 173/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 


Tâche 2.2 Simplification mn : quantité du matériau In : valeur d’indicateur d’impact environnemental du matériau (issue de la base de donnée) DVTn : Durée de Vie Typique du matériau (issue de la base de donnée) Ainsi, préalablement à la réalisation des calculs en eux‐mêmes, la réalisation d’un macro‐composant peut être décomposée selon les étapes suivantes : 1)
2)
3)
4)
Etudier la représentativité technologique et la compatibilité technique de la solution proposée. Récolter les données de métré qui détermineront la quantité de chaque matériau. Choisir les données environnementales à associer à chaque élément. Lister l’ensemble des hypothèses comprises dans les trois points précédents et documenter ces hypothèses. Détermination de la durée de vie typique : La durée de vie des composants influence leur taux de renouvellement et donc leur impact environnemental. Schématiquement, le nombre de renouvellements pour un composant donné dans un ouvrage donné dépend de sa durée de vie et de la période de référence (dans l’hypothèse où la période de référence est égale à la durée de vie de l’ouvrage), mais également de données plus complexes à déterminer : typologie du bâtiment, facilité d’accès, existence de remplacements et réparation de composants voisins, etc. La prise en compte de la notion de durée de vie au sein des macro‐composants passe par plusieurs étapes : 1) La définition d’une durée de vie par défaut pour chaque composant (basée sur les travaux développés au sein de SBA, les données à disposition du CSTB, les travaux pour la DHUP…) ; 2) La définition d’une méthodologie pour le calcul du taux de remplacement. Celle‐ci doit permettre de prendre en compte la capacité à remplacer facilement ou non un composant donné et de décrire des scénarii de remplacement cohérents à l’échelle des macro‐composants (éléments méthodologiques développés dans le cadre du projet EeBGuide). Elle n’est pas nécessairement à implémenter dans l’outil mais elle doit notamment permettre de prendre en compte :  Le fait que le composant soit ou non un élément de structure.  L’accessibilité des composants.  Le fait que le remplacement d’un composant entraîne ou non le remplacement d’autres composants. 3) La détermination des taux de remplacement pour les composants des macro‐composants disponibles, ainsi que l’influence des taux de remplacement à l’échelle de l’ouvrage. En pratique, deux approches sont proposées : 

Une approche simplifiée, basée sur des données immédiatement accessibles. Une approche avancée, mettant l’accent sur la cohérence des scénarii, mais dont les inputs seront plus complexes à identifier. 174/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification Le projet de mise en place de macro‐composants n’a pas pour objectif premier d’apporter les réponses méthodologiques sur le vaste sujet qu’est la durée de vie des matériaux/composants de construction. Des éléments supplémentaires devront donc être amenés et pourront être intégrés dans la méthodologie des macro‐composants. Pour l’instant, une méthodologie simplifiée est proposée : Soit un macro‐composant constitué de n matériaux/produits, chacun présentant une valeur d’indicateur I sur la totalité du cycle de vie et une Durée de Vie Typique DVT. Pour déterminer la Durée de Vie Typique caractéristique du macro‐composant, nous considérerons qu’elle est égale à la durée de vie typique maximale des différents matériaux/produits. +
Soit DVT un sous‐ensemble de . La DVTMC du macro‐composant est donnée par : max
Équation 1: Détection de la DVT maximale parmi l'ensemble des DVT des différents éléments
L’obtention des valeurs d’indicateurs d’impacts environnementaux à l’échelle du macro‐composant passe par l’utilisation de la formule suivante : :
:
:
é
∈ :
: é
é
,
é
é
é
é
Équation 2: Calcul de l'indicateur à l'échelle macro-composant
175/565
é
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification Remarque 1 : Pour le renouvellement, il est possible de ne pas strictement respecter l’Équation 2. En effet, il se peut que certains éléments présentent une DVT inférieure à la DVTMC mais qu’ils ne soient pas accessibles pour le renouvellement. Dans ce cas, le taux de renouvellement sera considéré comme égal à 1 dans un premier temps. De plus, il est aussi envisageable que les coutumes ou pratiques réelles de renouvellement ne correspondent pas directement à la valeur de DVT suggérée par les fabricants (données fournies dans les FDES). Pour perfectionner cet aspect méthodologique, les données de DVT seront comparées aux données possédées par le CSTB et à celles développées dans le cadre du projet SBA. Remarque 2 : La DVTMC tient compte de la DVT la plus élevée au sein du macro‐composant. Cependant, cette DVT peut tout de même présenter une valeur inférieure à la durée de référence de l’étude. Ce cas pourrait engendrer un renouvellement pour un élément de structure, en réalité non accessible. En réponse à la remarque 1, il sera nécessaire de préciser des scénarii et d’utiliser des règles expertes pour préciser la démarche. En réponse à la remarque 2, et en attendant d’avoir plus d’éléments via le point précédent, nous préciserons le cadre de validité de la DVTMC utilisée par rapport à la durée d’étude de l’ouvrage. Calculs des indicateurs : Nota : Des données génériques et/ou spécifiques doivent être élaborées pour caractériser les macro‐
composants. Dans le cadre de ce livrable, nous formulons une proposition, qui devra être mise en parallèle des réflexions issues du livrable 2.3 sur la reproductibilité et le choix des bases de données environnementales. En vue de positionner au mieux notre approche vers l’éco‐conception, nous utiliserons préférentiellement des données génériques pour alimenter les macro‐composants. Ainsi, l’ordre de priorité du choix de la donnée associée à chaque matériau/produit est le suivant : 
Donnée générique selon le cadre méthodologique défini par les travaux de Sébastien Lasvaux et Bastien Bennet (« Mise à disposition de données génériques pour l’Analyse de Cycle de Vie des bâtiments »).
176/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 


Tâche 2.2 Simplification Donnée générique selon le cadre méthodologique défini par le CTIB de la base INIES (« Méthodologie d’élaboration de valeurs par défaut environnementales pour les produits de construction pour alimenter les outils de QEB », Pierre Ravel). Donnée collective de la base INIES Donnée spécifique de la base INIES la plus représentative du marché En suivant cet ordre de priorité, les données macro‐composants obtenues seront les plus génériques possibles. Remarque : 

Nous pouvons considérer qu’un macro‐composant est forcément spécifique étant donné que des choix arbitraires de matériaux et des dimensionnements sont réalisés pour le décrire. Une prise de position claire devra rapidement venir afin de figer le vocabulaire. Cette réflexion doit être réalisée en lien avec les différents travaux sur les valeurs génériques et par défaut. Le point précédent est fortement lié à l’évaluation de la généricité, question largement évoquée par ailleurs et à laquelle il sera nécessaire de répondre. Principaux freins à la méthodologie : L’un des principaux freins à cette méthodologie sera de trouver les informations nécessaires à la description de l’unité fonctionnelle en vue de permettre des comparaisons pertinentes de variantes. Par exemple, pour une façade, nous pouvons considérer que l’objectif du macro‐composant est d’assurer le rôle de mur porteur sur 1 m2 avec les propriétés suivantes : 


Coefficient thermique U donné Inertie thermique Absorption acoustique A donnée Cependant, ces données sont souvent accessibles uniquement pour des produits ayant pour but d’assurer cette fonction dans les FDES. Par exemple, le coefficient thermique est toujours fourni pour des isolants mais très rarement pour les maçonneries. Il sera dès lors difficile de trouver la même information, depuis la même source (INIES en l’occurrence), pour l’ensemble des matériaux/produits constituant notre macro‐
composant et ainsi calculer la valeur globale d’une propriété physique considérée. Cela soulève la nécessité de la mise en place d’une base de données unifiée alimentée par les bases de données propres aux différentes vues métiers afin que l’ensemble des informations existantes soit accessible facilement (la mise en place d’un format de communication type xml serait nécessaire). Ce point met en évidence les potentielles perspectives d’amélioration, notamment pour le développement d’outils de conception et d’évaluation multi‐métiers mais sort du cadre du projet focalisé sur l’ACV. 177/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification De plus, ne pas tenir compte d’une propriété peut mener à l’utilisation d’un autre matériau pour assurer une caractéristique technique particulière qui ne serait pas prise en compte dans l’unité fonctionnelle (par exemple, ajout d’un isolant acoustique si aucune valeur d’absorption n’est fournie pour le macro‐
composant). L’ajout d’un tel matériau modifie alors les performances environnementales du macro‐
composant qui perd tout son sens. Un tel manque rend aussi difficile les comparaisons entre macro‐
composants. Néanmoins, si nous ne pouvons pas obtenir les informations nécessaires, l’essentiel sera de correctement renseigner l’utilisateur de ces failles ; tout comme dans le cadre des FDES, la transparence et les informations fournies à l’utilisateur sont primordiales pour aider à la compréhension et à la comparaison. Dès lors qu’un manque est correctement référencé, il devient acceptable. Vérification tierce partie : Une vérification tierce partie pour valider cette méthodologie est nécessaire pour s’assurer que celle‐ci soit solide et compréhensible par un acteur extérieur. Cela permettra de valider le potentiel de l’outil à atteindre un maximum de personnes. La vérification tierce partie des données environnementales de macro‐composants, au même titre que celle déployée sur les FDES, permettrait d’augmenter la véracité des données. Pour cette raison, les métadonnées utiles à la compréhension de l’unité fonctionnelle devront correctement être référencées pour assurer la transparence et consolider la démarche. D’autre part, cette vérification permettra d’évaluer la pertinence et la représentativité technologique des solutions envisagées. Afin d’optimiser les premières propositions, les macro‐composants seront construits selon les parts de marché de matériaux/produits de construction et des études statistiques sur leur mise en œuvre [23],[25],[26]. Ces chiffres, basés sur des études statistiques, sont représentatifs de l’existant mais ne permettent pas de mettre en évidence les nouvelles tendances ou les systèmes dont le déploiement est encore marginal. L’objectif premier des solutions de macro‐composant est de couvrir un spectre large et non de couvrir l’ensemble des solutions constructives. Cependant, ce point met déjà en avant la nécessité de mise à jour afin de proposer des solutions répondant correctement aux besoins des acteurs de la construction. 4.4.3 Données environnementales associées
L’arborescence mise en place a pour but d’établir des cloisonnements clairs entre les différentes grandes familles de lots suivantes : 

Voirie et Réseaux Divers Gros‐œuvre et enveloppe du bâtiment 178/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 

Tâche 2.2 Simplification Corps d’état architecturaux et secondaires Corps d’état techniques Famille de lots
Lots Voirie et Réseaux 1. VRD
Divers
2. Fondations et infrastructures
Gros‐œuvre et 3. Superstructure ‐ Maçonnerie
enveloppe du bâtiment
4. Couverture ‐ Etanchéité ‐ Charpente ‐ Zinguerie
5. Cloisonnement ‐ Doublage ‐ Plafonds suspendus ‐ Menuiseries intérieures
Corps d'état architecturaux et 6. Façades et menuiseries extérieures
secondaires
7. Revêtements des sols, murs et plafonds ‐ Chape ‐ Peintures ‐ Produits de décoration
8. CVC
9. Plomberie‐sanitaire
Corps d'état techniques
10. Réseaux d'énergie électrique et de communication
11. Sécurité des personnes et des bâtiments
12. Eclairage
13. Appareils élévateurs
14. Equipements de production locale d'électricité
Familles de macro‐composants
1.1 Réseaux (sur parcelle)
1.2 Stockage 1.3 Voirie, revêtement, clôture
2.1 Fondations
2.2 Murs et structures enterrées (escalier de cave, parking, rampe…)
3.1 Eléments horizontaux ‐ Dallages
3.2 Eléments horizontaux ‐ Planchers
3.3 Eléments horizontaux ‐ Poutres
3.4 Balcons
3.5 Eléments verticaux ‐ Façades
3.6 Eléments verticaux ‐ Refends
3.7 Eléments verticaux ‐ Poteaux
3.8 Escaliers et rampes
4.1 Revêtement de toiture terrasse + Eléments horizontaux ‐ Toitures terrasses
4.2 Charpente + Couverture de toiture en pente
4.3 Eléments techniques de toiture 5.1 Cloisons et portes intérieures
5.2 Doublage mur
5.3 Plafonds suspendus
5.4 Menuiseries, Métalleries et Quincailleries
6.1 Revêtement et doublage extérieur
6.2 Portes, fenêtres, fermetures
7.1 Revêtement des sols
7.2 Revêtement des murs et plafonds
7.3 Eléments de décoration et revêtements des menuiseries
8.1 Equipements de production (chaud/froid)
8.2 Réseaux et systèmes d'émission
8.3 Traitement de l'air
8.4 Boisseaux et conduits
9.2 Réseau sanitaire et robinetterie
9.3 Stockage et traitement
10.2 Réseaux électriques et de communications
10.3 Equipements spéciaux
11.1 Ensemble de dispositifs pour la sécurité
12.1 Eclairage intérieur
12.2 Eclairage extérieur
12.3 Réseaux et systèmes de contrôle et régulation
13. Appareils élévateurs
14. Equipements de production locale d'électricité
Tableau 2: Liste des lots de macro-composants dans la description HQE Performance
La Tableau 2 montre l’arborescence mise en place pour organiser des familles de macro‐composants. Les 14 lots de HQE Performance 2012 sont répartis dans les 4 grandes familles de lots proposées et divisés en sous‐lots. Un ensemble de 39 familles est ainsi obtenu. Dans chacune de ces familles, différents macro‐
composants seront fournis, représentant différentes solutions techniques. Parmi les différentes familles, l’utilisateur aura libre choix de sélectionner une ou plusieurs des solutions proposées pour décrire l’ouvrage étudié en fonction de sa complexité et du nombre de solutions techniques mises en œuvre. 179/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification Des modifications pour les différentes typologies pourront se faire à deux niveaux : 
En premier lieu au niveau des familles elles‐mêmes ; certaines pouvant être accessibles ou non. Par exemple, pour le résidentiel individuel, nous pouvons masquer le lot 13. Appareils élévateurs.  Ensuite, au niveau des macro‐composants. En effet, la liste relativement longue que nous pourrons obtenir pourra être adaptée selon les macro‐composants susceptibles de se trouver ou non dans une typologie. Par exemple, le système constructif en ossature bois ne sera pas adapté (ou peut‐
être de façon très marginale) à des bâtiments tertiaires ou des grands collectifs. Des règles pourront donc être mises en place pour proposer les macro‐composants les plus pertinents selon le cas d’étude. Une voie de réalisation de cet ensemble de règles peut consister en la création de modèle de bâtiment par typologie et système constructif afin de proposer les solutions les plus adéquates dans chaque famille de macro‐composants. Une liste de différentes solutions de macro‐composant est donnée dans l’Annexe 5 (Exemple de liste de macro‐composants). Cette liste n’est pas exhaustive mais permet d’avoir un premier aperçu de la quantité de macro‐composants nécessaires à la description de différentes typologies d’ouvrage. Elle permet aussi de voir les unités que nous pensons mettre en place pour décrire chacun des éléments. Afin de réduire un peu cette liste pour les premières expérimentations, un sous‐ensemble restreint a d’abord été proposé en considérant les lots 2 à 7 de HQE Performance. Etant donné le nombre important de macro‐composants et des variantes qui peuvent être associées, il ne sera pas possible de faire apparaître une liste de données environnementales de macro‐composants. 4.4.4 Données relatives aux bâtiments nécessaires
L’ensemble des documents descriptifs d’un ouvrage peuvent être utilisés dans le cadre d’une description par macro‐composants. En effet, les informations d’un plan architecte sont les bases nécessaires à une première description. Certaines approximations découleront de l’utilisation d’un tel document source (en omettant les lots techniques et VRD dans le périmètre de description par exemple) mais permettront d’assister l’aide à la décision sur l’ensemble de l’enveloppe/bâti. Par la suite, l’utilisation de documents plus précis permettra d’affiner la description en atteignant une complétude plus poussée du périmètre mais aussi en définissant plus finement les macro‐composants. C’est cette modularité et cette souplesse des macro‐composants qui constituent l’intérêt de la méthode en offrant la possibilité de rapidement décrire un bâtiment à des phases amonts de projet, nécessitant de nombreuses hypothèses de simplification par manque d’informations. 180/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification 4.5 Conclusion de la partie contributeur matériaux de construction
Les modes adaptés proposés dans le cadre du projet BENEFIS ont été développés afin d’être en cohérence avec les différents besoins des utilisateurs, à différentes phases de conception du projet. L’expérimentation interne permettra de confirmer les orientations prises dans le cadre de cette tâche du projet. Il apparaît toutefois que chaque mode adapté n’est pas appréhendable de façon identique par tous types d’acteurs et n’est pas réalisable à toute étape d’une opération. Le schéma ci‐dessus tente de présenter dans quel cas utiliser les différents modes adaptés, au regard du phasage du projet et de l’acteur concerné. Ce schéma permet de comprendre à partir de quel moment un mode adapté est réalisable (partie de droite) en fonction de la disponibilité des données (partie de gauche, première colonne). On peut ensuite analyser à partir de quelle phase du projet (FAISA, ESQ, APS, APD, PRO, EXE) un type d’acteurs (Maîtrise d’ouvrage MOA, architectes, bureaux d’études BET, entreprises générales EG et sous‐traitants ST) peut réaliser une étude ACV. Exemple de lecture 1 : Qui peut réaliser une ACV en mode Pareto ? 181/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification Réaliser une ACV en mode Pareto nécessite d’aller jusqu’à la disponibilité des quantités de matériaux mis en œuvre ; seules les entreprises générales et les sous‐traitants auront les quantités précises à partir de la phase PRO. Exemple de lecture 2 : Qui peut faire une ACV en début de phase APD ? En APD, les acteurs MOA ARCHIS BET et EG ont accès à la volumétrie du bâtiment et au programme, ils peuvent donc avoir recours au mode adapté d’ACV chiffrage rapide et uniquement à celui‐ci. Seuls les acteurs ARCHI BET et EG auront accès à cette phase aux surfaces de plancher et de façade. Ces informations leur permettront de pouvoir utiliser également le mode adapté d’ACV macro‐composants. 5
ADAPTATION DES REGLES DE CALCUL DU CONTRIBUTEUR ENERGIE
5.1 Mode sommaire :
L’outil en mode sommaire doit permettre d’estimer les consommations et productions d’énergie du bâtiment dans les toutes premières phases de la conception. Les principes de modélisation du mode sommaire reposent sur les hypothèses suivantes. Peu de renseignements sur le bâti et sur les équipements sont disponibles à ces phases, mais le concepteur a déjà des informations sur l’environnement dans lequel sera implanté le bâtiment (localisation, altitude,…) et souvent sur la nature du vecteur énergétique utilisé pour le chauffage. La géométrie précise du bâtiment n’est pas encore connue mais nous supposons la SHONRT connue. Puisqu’il s’agit d’un bâtiment neuf, il doit respecter a minima la RT2012. Ainsi la consommation d’énergie de ses six postes réglementaires (chauffage, refroidissement, ECS, éclairage, auxiliaires de ventilation et auxiliaires de distribution) auxquelles est retranchée la production d’électricité ne peut dépasser la valeur de Cepmax, consommation maximale d’énergie primaire fixée par les arrêtés du 26 octobre 2010 et du 28 décembre 2012. Ces arrêtés définissent le niveau de consommation maximal à ne pas dépasser pour un bâtiment donné dans un environnement extérieur donné. Plusieurs paramètres modulent l’exigence Cepmax et doivent être demandés à l’utilisateur dans le mode sommaire. Lorsqu’elle existe, la production d’électricité est supposée d’origine photovoltaïque uniquement. A partir du gisement solaire du lieu, d’un rendement moyen d’une installation photovoltaïque et d’informations complémentaires sur la surface supposée de capteurs en toiture, une estimation de la production d’électricité est possible. Au final, à partir de quelques paramètres permettant le calcul du Cepmax de la RT2012 et d’un potentiel de production électrique, il est possible d’estimer une valeur des flux énergétiques du bâtiment, avec certes une incertitude assez élevée mais lors d’une phase très amont du projet où peu de caractéristiques du bâtiment sont connues. 182/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification 5.2 Mode simplifié :
En mode simplifié, le concepteur a progressé dans ses choix par rapport au mode sommaire. Le niveau de connaissance du bâtiment s’est accru et la quantité d’informations relatives au bâti et aux équipements est meilleure. Par exemple, les systèmes énergétiques sont supposés connus mais pas leurs caractéristiques physiques précises. Pour estimer les consommations et éventuelles productions d’énergie du bâtiment à ce stade de la conception (autour des phases APS, APD), la première étape consiste à calculer les besoins en énergie du bâtiment. Le bâtiment est décrit en ne retenant que les paramètres qui ont le plus d’impact sur les résultats (géométrie du bâtiment, facteur solaire total des baies, débit de ventilation,…). Pour passer des besoins aux consommations d’énergie, il est possible d’utiliser des rendements moyens annuels tels que, par exemple, ceux donnés dans le DPE (le COP d’un chauffe‐eau thermodynamique est égal à 2,6). La consommation des autres usages de l’énergie – non inclus dans le périmètre de la RT2012 – est donnée par ratio issu de moyennes nationales. Quant à la production d’électricité, la philosophie est identique à celle du mode sommaire mais les informations sur la surface des capteurs, leur orientation et leur inclinaison sont demandées. 6
ADAPTATION DES REGLES DE CALCUL DU CONTRIBUTEUR CHANTIER
L’activité d’un chantier représente une part non négligeable des impacts environnementaux d’un bâtiment sur son cycle de vie. Pouvoir quantifier les impacts de cette phase de la vie d’un bâtiment dès les phases les plus amonts est donc important. Les informations nécessaires à une bonne prise en compte de ces impacts sont hélas difficiles à obtenir ou à déterminer lors de phases éloignées du démarrage du chantier. Un chantier peut se décomposer en différents « postes » générant des impacts sur l’environnement : 

Poste énergie, qui inclut les consommations d’énergie du chantier, décomposées principalement sous 2 formes : o Consommations de la base vie et des grues (majoritairement des consommations d’électricité) o Consommations des engins de chantier (principalement liées aux activités de terrassement) Poste eau, qui inclut les consommations d’eau, dont les impacts sont répartis en 2 étapes distinctes : Consommations et Rejets. 183/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 



Tâche 2.2 Simplification Poste transport, qui inclut l’ensemble des activités de transport liées à un chantier : o Acheminement des engins et des équipements de chantier (grues – bungalows...) o Acheminement des matériaux de construction o Acheminement de terres extérieures (remblais, sablon...) o Evacuation des déchets de chantier et de terrassement o Déplacements des ouvriers et du personnel encadrant Poste immobilisation qui représente les investissements dans des biens durables (ceux qui font l'objet d'un amortissement comptable), dont la fabrication engendre des impacts sur l’environnement. Par convention, on pratique alors la répartition des émissions de fabrication sur une certaine durée, comme on la pratique pour les amortissements comptables, Poste déchets, qui inclut les impacts sur l’environnement liés au stockage et au traitement des déchets dans des sites dédiés. 6.1 Ratios issus du contributeur matériaux (Screening)
Le principe de cette méthode vient du constat qu’à l’échelle d’un projet de construction de bâtiment, hors exploitation et fin de vie, les impacts environnementaux d’un chantier sont nettement inférieurs à ceux des impacts de la fabrication de l’ensemble des matériaux de construction du bâtiment. De plus, dans les phases amont, les informations accessibles sont principalement celles issues des métrés et du chiffrage des quantités de matériaux, alors que les informations sur le chantier (consommation prévisionnelle, nombre d’engins nécessaires, quantité de terrassement etc...) ne sont définies que peu de temps avant la phase EXE (études d'exécution). Dans l’objectif de réaliser une ACV de bâtiments dite « screening », ou « simplified » sans focus particulier sur la phase chantier, il est alors intéressant d’utiliser des ratios permettant de prendre en compte ces impacts. Nous proposons donc ici de définir des ratios à partir des impacts environnementaux calculés pour le contributeur matériaux de construction, comme le montre le schéma suivant (en prenant comme exemple l’indicateur changement climatique) : 184/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification Cette méthode a l’avantage d’être applicable quelle que soit la méthodologie utilisée pour quantifier les impacts des matériaux de construction (loi de Pareto, macro‐composants – estimation amonts des quantités). Calcul des Ratios (Rp) Pour calculer les ratios, il est nécessaire de modéliser des projets de bâtiments de la façon la plus complète possible pour le contributeur matériaux de construction, ainsi que pour le contributeur chantier, en renseignant l’ensemble des informations nécessaires définies précédemment. Ces ratios représentent les impacts des postes du module chantier (dont les informations ne sont pas connues en phases amont) par rapport aux impacts du module composant. Le calcul effectué est le suivant : Ratio Poste concerné Calcul effectué Rp1(x) Energie chantier 1
Rp2(x) Eau chantier 3
Rp3(x) Déplacements chantier 4
Rp4(x) Immobilisations chantier 5
Rp5(x) Déchets chantier 5
é
é
Avec: 




Rp1 : ratio du poste énergie Rp2 : ratio du poste eau Rp3 : ratio du poste transport Rp4 : ratio poste immobilisation Rp5 : ratio poste déchets Voici les résultats obtenus pour 7 bâtiments modélisés, les mêmes que ceux déjà présentés dans la partie 2.2 et accessibles en Annexe 3. 185/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification Ils ont été calculés dans le cadre de la modélisation étendue et avec une durée de vie bâtiment n’impliquant aucun renouvellement de matériaux (afin de rester homogène à la phase de mise en œuvre du bâtiment et de ne pas intégrer d’impacts liés à la vie en œuvre du bâtiment). Moyenne Energie Eau Transport immobilisation Déchets Energie primaire totale 11,86% 0,03% 3,09% 2,18% 4,00% Energie renouvelable 6,10% 0,03% 0,35% 2,48% 0,53% Energie non renouvelable 12,38% 0,03% 3,32% 1,89% 4,24% Epuisement des ressources 2,61% 0,01% 3,49% 5,07% 5,07% Consommation d'eau totale 13,12% 10,21% 1,08% 5,29% 7,00% Déchets dangereux 0,27% 0,00% 1,71% 8,81% 0,19% Déchets non dangereux 1,75% 0,00% 0,04% 1,53% 0,13% Déchets inertes 0,03% 0,00% 0,02% 0,55% 128,12% Déchets radioactifs 18,81% 0,07% 1,37% 4,17% 1,15% Changement climatique 1,98% 0,00% 2,73% 4,34% 4,12% Acidification atmosphérique 3,50% 0,01% 3,67% 4,00% 3,78% Pollution de l'air 1,91% 0,01% 2,00% 6,47% 2,65% Pollution de l'eau 2,53% 0,00% 0,87% 2,25% 0,08% Formation d'ozone photochimique 1,59% 0,00% 2,10% 1,82% 4,30% Destruction de la couche d'ozone stratosphérique 16,57% 0,00% 2,29% 1,60% 0,02% Consommation de ressources énergétiques Déchets solides éliminés 186/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification Les ratios obtenus sont bien conformes à l’idée que c’est le contributeur matériaux de construction qui est prédominant (hors vie en œuvre / fin de vie du bâtiment) et qu’il est donc acceptable de compter le contributeur chantier avec des ratios dans les phases amont où l’information est manquante. On remarque par contre que l’indicateur « déchets inertes » est très impacté par le contributeur chantier. Dans les modélisations réalisées, l’ensemble de l’activité de terrassement a été prise en compte. Hors cette activité peut avoir, suivant le volume à traiter, des impacts importants à l’échelle du chantier et même du bâtiment. Voici les volumes de terres évacués et mis en décharge corrélés avec les surfaces SHON des différents projets modélisés : m3 de terres évacuées m² SHON du projet nb parking sous‐sol 385 4687 66 460 11372 217 1305 4432 NC 1600 12234 187 4736 4408 56 6750 5120 45 10535 7096 84 On voit bien qu’il n’y a pas de lien entre la surface d’un projet, ou le nombre de places de parking en sous‐
sol, et la quantité de terres à évacuer. En effet, le terrassement nécessaire à la bonne réalisation d’un projet dépend énormément des caractéristiques intrinsèques du terrain et ne sont prévisibles qu’à partir des études de sol réalisées tardivement dans la vie d’un projet. Ecart type Consommation de
ressources
énergétiques
Energie Eau Transport immobilisation Déchets Energie primaire
totale
3,73% 0,02% 1,73% 1,01% 4,10% Energie
renouvelable
2,64% 0,03% 0,37% 1,65% 0,53% Energie non
renouvelable
3,80% 0,02% 1,83% 0,90% 4,32% 187/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification Epuisement des ressources
0,98% 0,00% 1,88% 3,51% 5,12% Consommation d'eau totale
2,84% 4,88% 0,74% 2,92% 7,38% Déchets
dangereux
0,08% 0,00% 1,37% 6,85% 0,20% Déchets non
dangereux
0,67% 0,00% 0,03% 0,97% 0,22% Déchets inertes
0,01% 0,00% 0,02% 0,37% 145,88% Déchets
radioactifs
6,51% 0,05% 1,28% 3,06% 1,98% Changement climatique
0,75% 0,00% 1,45% 3,01% 6,19% Acidification atmosphérique
1,65% 0,00% 1,92% 2,79% 3,68% Pollution de l'air
0,87% 0,01% 1,09% 4,45% 2,58% Pollution de l'eau
1,85% 0,00% 0,69% 1,87% 0,09% Formation d'ozone photochimique
0,98% 0,00% 1,10% 1,27% 4,15% Destruction de la couche d'ozone
stratosphérique
17,82% 0,00% 2,20% 1,87% 0,02% Déchets solides
éliminés
Les écarts type permettent de conclure que les ratios sont stables. Au vu de ce qui a été dit précédemment, il n’est pas étonnant d’obtenir un mauvais écart type pour l’indicateur « déchets inertes ». Il sera peut être pertinent de proposer 2 jeux de ratios, suivant le critère suivant : -
Projet nécessitant un important volume de terrassement (> 1000 m3)
Projet nécessitant un faible volume de terrassement (< 1000 m3)
6.2 Conclusion de la partie contributeur chantier
Les impacts d’un chantier de construction sont souvent omis du champ d’une ACV par manque de connaissance sur les impacts environnementaux engendrés. C’est pourquoi un mode adapté pour le chantier a été proposé et permet d’appliquer des ratios liés à la quantité de matériaux saisis dans le contributeur composants. 188/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification Proposer des ratios applicables pour n’importe quelle façon de modéliser le contributeur matériaux de construction, peut donc être facilement implémentable dans les différents outils existants. Cela permet d’obtenir des ordres de grandeur sur la contribution du chantier aux impacts environnementaux d’un bâtiment. Cette estimation permet aux concepteurs de ne pas oublier que les activités de chantier génèrent des impacts sur l’environnement et qu’il faut également réfléchir à des leviers d’actions pour les réduire.
7
ADAPTATION DES REGLES DE CALCUL DU CONTRIBUTEUR EAU
D’USAGE
Ce chapitre présente 3 modèles permettant l’évaluation des impacts environnementaux liés à l’usage de l’eau pendant la vie en œuvre du bâtiment. Ce contributeur aux impacts environnementaux du bâtiment correspond au Module B7 « operational water consumption » de la norme EN 15978 [27]. Les modèles proposés visent la cohérence avec les propositions du récent guide européen sur l’application de l’ACV pour les produits de construction et les bâtiments [28],[29]. 7.1 Modèle sommaire pour l’estimation de consommations d’eau des
bâtiments (screening)
Modèle sommaire ‐ consommation moyenne d’eau à partir des textes normatifs, règlementaires, statistiques, schémas de certifications, etc. (e.g. moyenne nationale de 48 m3/an/personne pour les bâtiments résidentiels). Ce modèle correspond à la proposition du EeB Guide pour « screening LCA » [28]. 7.2 Modèle simplifié pour l’estimation de consommations d’eau des bâtiments
(simplified)
Modèle simplifié ‐ basé sur une approche « top down » : à partir de la consommation moyenne d’eau (e.g. 48 m3/an/personne), le modèle de calcul prend en compte les économies réalisées grâce à l’utilisation des systèmes économes (e.g. chasses d’eau double flux, réducteurs de pression, etc.) et les surconsommations dues à l’utilisation des systèmes spécifiques (e.g. fontaines, piscines, saunas). Cette approche ne prend pas en compte tous les variables du modèle (notamment les comportements des utilisateurs) mais permet la prise en compte des caractéristiques des équipements. Le modèle simplifié correspond à la proposition du EeB Guide pour « simplified LCA » [28]. 189/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification 7.3 Modèle détaillé pour l’estimation de consommations d’eau des bâtiments
(complete)
Modèle détaillé ‐ basé sur une approche « bottom up » : le modèle prend en compte les caractéristiques de chaque équipement (e.g. chasse d’eau de 6L), son utilisation (fréquence d’utilisation) et tous les autres paramètres influents (e.g. surfaces des bâtiments, utilisations extérieures, etc.) ‐ cette approche basée sur une modélisation fine nécessite une connaissance des toutes les variables du modèle mais permet la meilleure amélioration / optimisation des performances environnementales du projet (éco‐conception). Le modèle détaillé correspond à la proposition du EeB Guide pour « complete LCA » [28]. 7.4 Recommandations sur l’usage de ces méthodes adaptées
Les recommandations sur l’usage de ces méthodes sont basées sur les résultats issus d’une étude de cas réalisée à l’aide du logiciel ELODIE. Les 3 méthodes ont été appliquées pour le même projet, dans le cas d’une maison individuelle (voir Annexe 6). La durée de vie considérée dans la modélisation a été de 100 ans. Dans le cas « screening », une valeur de 48 m3/ an/personne a été prise en compte dans le calcul des impacts environnementaux liés à l’usage de l’eau pendant la vie en œuvre du bâtiment. Dans cas du modèle simplifié à partir de la valeur moyenne de 48 m3/personne/an, le modèle prend en compte la présence de 2 équipements permettant la réduction de la consommation d’eau : 

Chasse d’eau double flux 3L/6L au lieu de chasse d’eau simple flux 6L Economiseur d'eau pour douche (débit d’eau de 7L/min au lieu de 12L/min). Le modèle détaillé prend en compte l’ensemble de paramètres influant la consommation d’eau pendant la vie en œuvre du bâtiment. Les données utilisées pour l’ensemble des variables des modèles ainsi que les résultats sont présentés dans l’Annexe 6. Une synthèse des résultats sur 4 indicateurs environnementaux est présentée dans le tableau 4.1. 190/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification Type de modèle Changement climatique Eau Déchets non‐
dangereux et inertes Déchets Radioactifs Unité par m²SHON*an [kg eq‐CO2] [L] [kg] [kg] Modèle détaillé 0,286 2600 2,85E‐03 2,87E‐04 Modèle simplifié 0,200 1816 1,99E‐03 2,01E‐04 Modèle sommaire 0,267 2425 2,65E‐03 2,68E‐04 Tableau 4.1: Synthèse de résultats pour la modélisation d’une maison individuelle selon les 3 méthodes :
sommaire, simplifiée, détaillée - contributeur Eau d’usage
Les résultats montrent que la méthode utilisée n’a pas d’influence significative sur l’interprétation des résultats, puisque le même ordre de grandeur est constaté pour les valeurs des différents indicateurs. La variation la plus élevée est enregistrée pour l'indicateur consommation d’eau avec 30% d’écart entre les modèles détaillé et simplifié et 7% entre les modèles détaillé et sommaire. Nous constatons que l'écart entre les résultats n’est pas lié à la complexité du type d'étude. Avec les données utilisées dans cette étude, moins d’écart est constaté entre les modèles détaillé (le plus complexe) et sommaire (le moins complexe) qu'entre les modèles détaillé et simplifié. On peut conclure que les modèles peuvent être utilisés selon les besoins des utilisateurs (en fonction de l’état d’avancement du projet, par exemple) et de la disponibilité des données: 


Le modèle screening permet de répondre aux attentes des utilisateurs qui souhaitent une évaluation approximative mais rapide et sans nécessiter une connaissance des variables du modèle. Cette approche peut être utilisée notamment en phase esquisse du projet et permet de connaitre l’ordre de grandeur des impacts environnementaux liés à ce poste par rapport aux impacts du projet global ; Le modèle simplifié permet notamment l’évaluation des impacts lié au choix des équipements, à partir des données spécifiques sur leurs caractéristiques techniques ; Le modèle détaillé permet une optimisation des performances environnementales du projet (éco‐conception), en prenant en compte l’ensemble des variables du modèle d’estimation des consommations d’eau. 191/565
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Tâche 2.2 Simplification CONCLUSION
Les développements méthodologiques présentés dans ce livrable ont été pensés pour être implémentables dans n’importe quels outils d’ACV de bâtiments. Chacun des modes adaptés permet de répondre au besoin d’adaptation de l’ACV à la pratique des acteurs du bâtiment. Chaque développeur d’outil ACV est libre de se les approprier ou non, en fonction des finalités de son outil (éco‐conception, obtention d’une certification, atteinte d’une performance environnementale). L’ensemble des modes adaptés, présentés dans ce livrable, ont pu être implémentés dans le logiciel ELODIE : -
les ratios sur les impacts environnementaux du mode « Pareto » sont opérationnels dans ELODIE, la bibliothèque et le configurateur de macro‐composants ont été ajoutés, l’outil de « chiffrage rapide » utilise un format d’import (fichier XML) compatible avec ELODIE, afin d’importer toutes les quantités de matériaux générés. Les ratios du module chantier Pour le logiciel EQUER, un chaînage de différents logiciels a été décidé par les développeurs dès l’origine du développement de l’outil : -
Un modeleur graphique (Alcyone), Un outil de simulation thermique dynamique (COMFIE‐Pléiades), Un outil d’ACV (EQUER). Les modes adaptés proposés dans ce livrable n’ont pas été intégrés dans EQUER. Toutefois, la démarche utilisée par EQUER, pour la génération des quantités des éléments de gros‐œuvre et des corps d’état architecturaux, est similaire à la solution de métreur à l’écran utilisé dans le mode « chiffrage rapide » associé à la définition de « macro‐composants » (description par surfaces des différentes parois contenant tous les matériaux en couches). 192/565
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Tâche 2.2 Simplification REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
PARTIE 2 [1] AFNOR. (2004). NF P 01-010, Qualité environnementale des produits de construction Déclaration environnementale et sanitaire des produits de constructions.
[2] AFNOR. (2012). NF EN 15804, Contribution des ouvrages de construction au
développement durable - Déclarations environnementales sur les produits - Règles
régissant les catégories de produits de construction.
[3] AFNOR. (2012). NF EN 15978, Contribution des ouvrages de construction au
développement durable - Evaluation de la performance environnementale des bâtiments Méthode de calcul.
[4] Association HQE. (2009). INIES. Consulté le Mai 2013, sur http://www.inies.fr/
[5] Swiss Centre for Life Cycle Inventories. (1998). Ecoinvent. Consulté le mai 2013, sur
http://www.ecoinvent.ch/
[6] ETUDE DE S.LASVAUX ?
PARTIE 4.4 [7]
[8]
[9]
[10]
[11]
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[14]
[15]
[16]
OFEN - Catalogue Construction - http://www.bauteilkatalog.ch/ch/fr/
COCON - http://www.eosphere.fr/COCON-comparaison-solutions-constructives-confort.html
EQUER - http://www.izuba.fr/logiciel/equer
e-LICCO - http://e-licco.cycleco.eu
KÖNIG H, Handbuch LEGEP, Version 1.3, October 2009, Weka Media, 128 p.
The Green Guide to Specification. 4th Edition, Jane Anderson; David Shiers; Kristian
Steele. BRE
BatiBase – Base de données des fournisseurs des métiers de la construction
BatiPrix – Base de données des prix de la construction
KBOB - http://www.bbl.admin.ch/kbob/
INIES – Base de données française de référence sur les caractéristiques
environnementales et sanitaires des produits de construction - http://www.inies.fr/
[17] HQE Performance – Règles d’application pour l’évaluation environnementale des
bâtiments. Groupe de travail Indicateurs environnementaux du projet HQE Performance.
[18] EeBGuide Project “Operational Guidance for Life Cycle Assessment Studies of Energy
Efficient Buildings Initiative” InfoHub online: www.eebguide.eu
[19] Management environnemental - Analyse du cycle de vie - Principes et cadre, ISO
14040:2006
[20] Management environnemental - Analyse du cycle de vie - Exigences et lignes directrices,
ISO 14044:2006
[21] Contribution des ouvrages de construction au développement durable - Déclarations
environnementales sur les produits - Règles régissant les catégories de produits de
construction, NF EN 15804:2012
[22] Contribution des ouvrages de construction au développement durable - Évaluation de la
performance environnementale des bâtiments - Méthode de calcul, NF EN 15978:2012
[23] International Reference Life Cycle Data System (ILCD) Handbook General guide for Life
Cycle Assessment Detailed guidance. First edition March 2010.
193/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification [24] Indicateurs Publics sur les Projets BBC-Effinergie. Observatoire BBC, novembre 2011.
[25] Analyse du coût des matériaux et équipements de construction en France, Danemark,
Allemagne et Italie. Alcimed, juillet 2011.
[26] Les fournisseurs de la construction – en chiffres. INSEE, 2009.
PARTIE 6.2 [27] CEN. Norme EN 15978 - Contribution des ouvrages de construction au développement
durable - Évaluation de la performance environnementale des bâtiments - Méthode de
calcul, 2012.
[28] EeBGuide Project “Operational Guidance for Life Cycle Assessment Studies of Energy
Efficient Buildings Initiative”. European Project funded by the European Commission
within the 7th Framework Programme. 2012. InfoHub available online: www.eebguide.eu
[29] Lasvaux, S., Gantner, J., Schiopu, N., Nibel, S., Bazzana, M., Bosdevigie, B., Sibiude, G.,
Towards a new generation of building LCA tools adapted to the building design process
and to the user needs? Soumis pour Proceeding of the Sustainable Buildings SB13
Conference, 25-28 September 2013, Gratz – Austria.
[30] Schiopu, N. Proposition des scénarios conventionnels pour les modèles d’estimation des
consommations d’eau des bâtiments, CSTB, 2012, 18p, Rapport DESE/ENV - 12.046.
194/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification 10 ANNEXES
10.1 Annexe 1 : Questionnaire proposé aux acteurs de la construction
I] Informations générales Nom : Entreprise / Organisation : Taille de l’entreprise / organisation : Fonction dans l’entreprise / organisation : Sur quels types d’ouvrages travaillez‐vous essentiellement ? (pourcentage approximatif) Maison individuelle Logement collectif Bureaux, administration Enseignement ou recherche Industriel ou agricole Sportif et culturel Commerce Transport Autres (préciser) ? Quelle est la surface des ouvrages que vous construisez essentiellement ? (pourcentage approximatif) SHON<1000 m² 1000<SHON<5000 m² 5000<SHON<10000 m²
10000<SHON<20000 m² 20000 m²<SHON
Quel(s) mode(s) constructifs utilisez‐vous en majorité ? (pourcentage approximatif) Voile béton Poteau/poutre ou poteau dalle béton Structure bois‐
béton Structure bois Structure métallique Autres (préciser) ? Quels types de façades utilisez‐vous essentiellement ? (pourcentage approximatif) Maçonnerie Béton Rideau aluminium Rideau acier Rideau Bois Autres (préciser)? II] Décomposition des bâtiments dans les logiciels d’ACV Afin de faciliter la saisie des composants du bâtiment dans les logiciels d’analyse de cycle de vie (ACV), le découpage par macro‐lots suivant a été proposé : 195/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification 1. VRD et aménagement 2. Fondations et infrastructure 3. Superstructure – Maçonnerie ‐ GO 4. Couverture – Etanchéité ‐ Charpente 5. Cloisonnement ‐ Doublage ‐ Plafonds suspendus ‐ Menuiseries intérieures 6. Façades et menuiseries extérieures 7. Revêtements des sols, murs et plafonds –
Chape ‐Peintures ‐ Produits de décoration 8. CVC (Chauffage – Ventilation – Climatisation) 9. Installations sanitaires 10. Installations électriques 11. Circulations verticales 12. Equipement de production locale d'électricité
Ce découpage vous semble‐t‐il clair ? Vous trouverez en annexe un descriptif non exhaustif des matériaux appartenant à chacun de ces macro‐
lots ? Pouvez‐vous facilement placer tous les composants du bâtiment dans ces catégories ? Est‐ce en accord avec ce que nous proposons ? Si non, préciser les composants difficiles à saisir ou sur lesquels vous êtes en désaccord. III] Métrés et estimation des quantités de matériaux Afin de pouvoir adapter les outils d’ACV aux différents acteurs de la construction et à leurs manières spécifiques de procéder, il est nécessaire de connaître et les données disponibles à chaque étape du processus de construction pour chaque acteur et les différentes manières de les mesurer. 196/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification Indiquez pour chaque élément l’étape à partir de laquelle vous pouvez le mesurer, en précisant le degré de finesse du métré. A = quantité définitive ± 5%, B = quantité calculé à partir de retours statistiques, C = estimation grossière (par exemple à partir de ratios). Si vous mesurez cet élément dans une unité différente de celle indiquée, merci de le préciser. Dans le cas où plusieurs unités sont indiquées, entourez celle que vous utilisez (s’il y a une évolution des unités au cours du projet, vous pouvez les indiquer dans leurs étapes respectives). PROG ESQ BATIMENT Surfaces SHON (m²) Surfaces SHAB (m²) Autres surfaces d’étude (SU, SHOF,…) Volumétrie (longueur, largeur, hauteur) Nombre d’étages et de niveaux de parking Surfaces de murs extérieurs (m²) Surfaces de parois intérieures (m²) Surfaces vitrées (m²) Nombre d’occupants Nombre de pièces MATERIAUX VRD Volume de terres déplacées/terrassées (m3 ou kg) Longueur des canalisations (ml) Surface de voieries (m²) 197/565
APS APD PRO EXE BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification PROG ESQ APS APD PRO EXE Fondations et infrastructure Voiles de béton (m², m3 ou kg) Type de béton utilisé (CEMI, II, III, dosage) Aciers de ferraillage (ml ou kg ou U) Superstructure – Maçonnerie – GO Dalles béton (m², m3 ou kg) Poutre et poteau béton (m, m3 ou kg) Type de béton utilisé (CEMI, II, III, dosage) Aciers de ferraillage (ml ou kg ou U) Ossature bois (m², m3 bois, m3 complexe bois‐isolant‐
contreventement) Charpente‐Toiture‐Etanchéité Charpente (m², m3) Type d’étanchéité utilisé (bicouche, végétalisée…) Surfaces de circulation (m²) Types de revêtements Tuyaux de descentes (ml) Façade et menuiseries extérieures Surface de bardage (m²) Menuiseries extérieures (U ou m²) Brise‐soleil (unité ?) Stores ou volets (U ou m²) Revêtements intérieurs Type de revêtements de sols Surfaces de chaque revêtement de sol en logement (m²) Surfaces de chaque revêtement de sol en tertiaire (m²) 198/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification PROG ESQ APS APD PRO EXE Type de revêtements muraux Quantité de peinture (m², L, kg) CVC Système de chauffage (énergie, puissance) Puits canadien (ou francilien, provençal) (ml, U) Canalisation distribution ECS (ml) Canalisation distribution EF (ml) Canalisation distribution chauffage (ml) Système de ventilation (puissance) Gaines de ventilation (ml, kg) Nombre de radiateurs (U) Système de climatisation Nombre d’unités de climatisation (U) Installations sanitaires Canalisations collectives (ml) Canalisations individuelles (ml) Installations électriques Colonnes montantes Electricité logement (U, ml câble) Electricité tertiaire (ml câble) Luminaires (U) Circulations verticales Escaliers (U) Ascenseurs (U) 199/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification IV] Méthodes d’estimation amont Disposez‐vous de méthodes, ratios, ou valeurs standards permettant d’estimer grossièrement et très en amont les quantités des composants figurant dans le tableau ci‐dessus, en fonction de données connues dès le programme ou l’esquisse ? Accepteriez‐vous de nous les communiquer afin de les utiliser pour l’analyse de cycle de vie ? Gestion de chantier De la même manière que précédemment, indiquez l’étape à partir de laquelle vous disposez des données suivantes et le degré de précision des données : A = chiffre définitif B = quantité calculé à partir de retours statistiques, C = estimation grossière (par exemple à partir de ratios). PROG ESQ APS APD PRO EXE CHANTIER (CONSTRUCTION) Nombre d’employés présents sur le site Nombre d’engins présents sur le chantier (U) Types d’engins présents sur le chantier Types de grues (TM) Consommations d’essence des engins de chantier (L) Nombre de bungalow présents sur le chantier (U) Consommations électriques sur le chantier (kWh) Consommations d’eau sur le chantier (L) CHANTIER (DEMOLITION – CURAGE) Quantité de déchets de démolition (m3, kg) Typologie des déchets de démolition (% déchets dangereux, non dangereux, inertes,…) Quantité de déchets de curage (m3, kg) Typologie des déchets de curage (% déchets dangereux, 200/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification PROG ESQ APS APD PRO EXE Distance parcourue par les déchets (km) % de réutilisation/recyclage des matériaux sortants et filières concernées non dangereux, inertes,…) V] Méthodes d’estimation amont Disposez‐vous de méthodes, ratios, ou valeurs standards permettant d’estimer très en amont les installations de chantier, le nombre de compagnons présents et les quantités de déchets générés ? Accepteriez‐vous de nous les communiquer afin de les utiliser pour l’analyse de cycle de vie ? 201/565
10.2 Annexe 2 : Détermination de la décomposition par défaut
Analyse de chaque famille de éi
Les données de chiffrage sont‐
elles faciles à dét
i
?
Oui Famille intégrée au mode simple Exemple : Ascenseurs (éléments facilement quantifiables sans les données de chiffrage) Réalisation de l’ACV des bâtiments Non La famille a un impact >5% pour un indicateur ?
Non Famille exclue du mode simple Exemple : finition de façades Oui Cet impact existe pour au moins 40% des bâtiments ?
Non Famille exclue du mode simple Exemple : charpente métallique Oui Les données environnementales sont‐elles précises ? Oui Les indicateurs pour lesquels l’impact est important sont‐ils pertinents ? Non Non Famille exclue du mode simple Exemple : CVC 202/589
Famille exclue du mode simple Exemple : Plomberie (indicateur destruction couche d’ozone), coffrage (indicateur énergie renouvelable) Oui Famille intégrée au mode simple 10.3 Annexe 3 : Liste des bâtiments modélisés
Massy St Denis Villetaneuse Année de réalisation 2010 2011 2009 Nombre d’étages R+6 R+5 R+5 Parking sous sol 217 66 NC Parking aérien ‐ ‐ ‐ Mode constructif Voiles et dalles BA Voiles et dalles BA Voiles et dalles BA Nombre de logements 112 60 42 Surface SHON (m2) 11372 4687 4432 Surface habitable (m2) 7992 4127 3863 Durée du chantier (mois) 24 15 22 Label/Certification BBC ‐ RT 2005 BBC ‐ RT 2005 RT 2005 Carrières sous Poissy Année de réalisation 2011 2011 2007 Nombre d’étages R+7 R+5 R+8 Parking sous sol 187 45 84 Parking aérien ‐ ‐ ‐ Mode constructif Voiles et dalles BA Voiles et dalles BA Voiles et dalles BA Nombre de logements 168 57 81 Surface SHON (m2) 12234 5120 7096 Surface habitable (m2) 8598 3846 5064 Durée du chantier (mois) 21 19 22 Label/Certification HPE ‐ RT 2005 HPR – RT 2000 RT 2005 Gennevilliers 203/589
Saint Mandé BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification Nantes Année de réalisation 2011 Nombre d’étages R+3 Parking sous sol 62 Parking aérien 22 Mode constructif Voiles et dalles BA
Nombre de logements 56 Surface SHON (m2) 4408 Surface habitable (m2) 3830 Durée du chantier (mois) 15 Label/Certification HPE ‐ RT 2005 204/565
10.4 Annexe 4 : Liste des données génériques proposées
Découpage par lot
Libellé de l'élément UF Durée de vie Type de données Fiche générique associée 1. VRD (Voirie
Réseaux divers)
2. Fondations et
infrastructure
3. Structure Maçonnerie Gros Œuvre
Acier de ferraillage
kg
100
Donnée
générique
Acier de Ferraillage
Béton pour semelle de fondation – CEM III
(C25/30)
m3
100
Donnée
générique
Béton de fondation
Béton pour voiles contre terres – CEM III
(C25/30)
m3
100
Donnée
générique
Béton pour voiles et voiles contre terre
Béton de propreté – C16
m3
100
Donnée
générique
Béton de propreté
Acier de ferraillage
kg
100
Donnée
générique
Acier de Ferraillage
Béton CEM I – C25/30
m3
100
Donnée
générique
Béton CEM I pour structure courante
Béton CEM II – C25/30
m3
100
Donnée
générique
Béton CEM II pour structure courante
Béton CEM III – C25/30
m3
100
Donnée
générique
Béton - CEM III - XF1(F) - C25/30 - dosé à 280 kg/m3
pour infrastructure horizontale et verticale
Béton de propreté – C16
m3
100
Donnée
générique
Béton de propreté
Bloc béton
m²
100
Donnée
générique
Bloc béton
205/589
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 4. Couverture Etanchéité Charpente
Tâche 2.2 Simplification Bicouche soudé
m²
90
Donnée
générique
Revêtement d'étanchéité bicouche bitume-polymère
soudé (phase par phase)
Bicouche sous gravillon
m²
90
Donnée
générique
Revêtement d'étanchéité bicouche bitume-polymère sous
gravillons (phase par phase)
Bicouche TT jardins
m²
40
Donnée
générique
Revêtement d'étanchéité bicouche bitume-polymère pour
toitures terrasses jardins (phase par phase)
Etanchéité asphalte
m²
60
Donnée
générique
Asphalte d'étanchéité
Membrane synthétique
m²
30
Donnée
générique
Membrane synthétique d’étanchéité
Laine de verre
m²
50
Donnée
générique
Panneau isolant thermoacoustique en laine de verre
Laine de roche
m²
50
Donnée
générique
Panneau isolant thermique en laine de roche
m²
50
Donnée
générique
Isolant en polyuréthane
m3
50
Donnée
générique
Isolant en polystyrène expansé
m²
50
Donnée
générique
Complexe de doublage BA10 + 100 (phase par phase)
Cloison alvéolaire
m²
50
Donnée
générique
Cloison de distribution à panneaux alvéolaires
Cloison BA13 sans isolant
m²
50
Donnée
générique
Plaque de plâtre
5. Cloisonnement Polyuréthane
- Doublage Plafonds
PSE
suspendus Menuiseries
intérieures
Complexe de doublage
206/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 6. Façades et
menuiseries
extérieures
7. Revêtements
des sols, murs et
plafonds - Chape
-Peintures Produits de
décoration
Tâche 2.2 Simplification Cloison avec isolant + armature métallique
m²
50
Donnée
générique
Cloison Distributive PREGYMETAL D98/62 dB
Porte de distribution (alvéolaire) par m²
m²
50
Donnée
générique
Cloison de distribution à panneaux alvéolaires
Porte de distribution (alvéolaire) par unité
unité
50
Donnée
générique
Porte de distribution alvéolaire par unité
Porte palière (âme pleine) par m²
m²
35
Donnée
générique
Porte palière par m² (phase par phase)
Porte palière (âme pleine) par unité
unité
35
Donnée
générique
Porte d'entrée en bois
Menuiserie Aluminium
m²
30
Donnée
générique
Menuiserie aluminium double vitrage (U<1,1w/m²K)
Menuiserie Bois
m²
30
Donnée
générique
Menuiserie bois double vitrage (U<1,1w/m².K)
Menuiserie PVC
m²
30
Donnée
générique
Menuiserie PVC double vitrage (U<1,1w/m².K)
Carrelage
m²
50
Donnée
générique
Carrelage et faïence
Moquette
m²
10
Donnée
générique
Moquette
Parquet
m²
25
Donnée
générique
Parquet stratifié
Peinture
m²
30
Donnée
générique
Peinture en phase aqueuse
207/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification Revêtement de sol PVC
m²
20
Donnée
générique
Revêtement de sol PVC
Baignoire
unité
20
Donnée
générique
Baignoire en acrylique de dimensions 170 x 70cm et ses
pieds sans robinetterie
Bloc WC
unité
20
Donnée
générique
Pack WC (cuvette et réservoir) en porcelaine avec son
mécanisme et son abattant
Evier
unité
20
Donnée
générique
Evier en grès émaillé de dimensions 120 x 60 cm (soit 2
cuves et 1 égouttoir), sans robinetterie
Lavabo
unité
20
Donnée
générique
Lavabo en porcelaine de 60 cm et sa colonne, sans
robinetterie ni vidage
Receveur de douche
unité
20
Donnée
générique
Receveur de douche en grès émaillé de dimension 80 x
80 cm sans les calages,
Lot Electricité pour un studio moyen
unité
20
Donnée
générique
Lot Electricité pour un studio moyen (2014)
Lot Electricité pour un T2 moyen
unité
20
Donnée
générique
Lot Electricité pour un T2 moyen (2014)
Lot Electricité pour un T3 moyen
unité
20
Donnée
générique
Lot Electricité pour un T3 moyen (2014)
Lot Electricité pour un T4 moyen
unité
20 Donnée
8. CVC
(Chauffage –
Ventilation –
Refroidissement eau chaude
sanitaire
9. Installations
sanitaires
10. Installations
électriques
208/565
Lot Electricité pour un T4 moyen (2014)
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification générique
Lot Electricité pour un T5 moyen
unité
20
Donnée
générique
Lot Electricité pour un T5 moyen (2014)
Ascenseurs 3 niveaux
unité
25
Donnée
générique
Ascenseur 3 niveaux
Ascenseurs 4 niveaux
unité
25
Donnée
générique
Ascenseur 4 niveaux
Ascenseurs 5 niveaux
unité
25
Donnée
générique
Ascenseur 5 niveaux
Ascenseurs 6 niveaux
unité
25
Donnée
générique
Ascenseur 6 niveaux
Ascenseurs 7 niveaux
unité
25
Donnée
générique
Ascenseur 7 niveaux
Ascenseurs 8 niveaux
unité
25
Donnée
générique
Ascenseur 8 niveaux
11. Sécurité des
personnes et des
bâtiments
12.Eclairage
13. Appareils
élévateurs
14. Equipement
de production
locale
d'électricité
209/565
10.5 Annexe 5 : Exemple de liste de macro-composants
Lots Familles de macro‐composants Macro‐composants/Eléments Réseau de gaz sur parcelle (ml) 1.1 Réseaux (sur parcelle) Réseaux électriques et télécommunications sur parcelle (ml) Réseau d'eau sur parcelle (ml) Récupération et stockage des eaux pluviales , Structures enterrées ou semi‐enterrées (m3) 1. VRD Fosse septique, Fosse eaux vannes (m3) 1.2 Stockage Système d'assainissement, Pré traitement des eaux usées (m3) Pompage d'eau (ml) 1.3 Voirie, revêtement, clôture
210/589
Route et Aire de stationnement (m2)
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification Chemin gazonné (m2) Chemin gravier (m2) Chemin pavé (m2) Dallage de terrasse (m2) Clôture (ml) Piscine (m3) Fondations superficielles (plot ou semelle) (ml) 2.1 Fondations Fondations profondes (m3) 2. Fondations et infrastructures 2.2 Murs et structures enterrées (escalier de cave, parking…) 211/565
Murs de soubassement et de sous‐sol, Murs de soutènement (Béton banché) (m2) BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification Murs de soubassement et de sous‐sol, Murs de soutènement (Maçonnerie) (m2) Structure porteuse pour parkings et locaux souterrains (Béton Armé) (m3) Rampes d'accès, Escaliers de sous‐sol (Béton Armé) (m3) Dallage simple (m2 à R fixé) Radier (m2 à R fixé) 3.1 Eléments horizontaux ‐ Dallages 3. Superstructure ‐ Maçonnerie Dallage isolé (m2 à R fixé) 3.2 Eléments horizontaux ‐ Planchers 212/565
Plancher sur vide sanitaire (dalle béton flottante sur poutrelles/hourdis) (m2 à R fixé) BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification Plancher en béton (dalle béton avec chape flottante sur poutrelles/hourdis) (m2 à R fixé) Plancher en béton (dalle béton sur prédalle avec chape flottante) (m2 à R fixé) Plancher collaborant en béton (dalle béton sur poutrelles et bacs aciers) (m2 à R fixé) Plancher dalle pleine en béton (dalle pleine en béton coulée sur coffrage avec chape flottante) (m2 à R fixé) Plancher à poutres de bois avec isolant intermédiaire en 213/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification caisson (m2 à R fixé) Plancher sur poutres de bois (m2 à R fixé) 3.3 Eléments horizontaux ‐ Poutres Poutre simple en béton 35x20cm (ml) Balcon de largeur x (ml) 3.4 Balcons Balcon (m2) 3.5 Eléments verticaux ‐ Façades 214/565
Façade en maçonnerie avec revêtement enduit et isolant à l'extérieur (m2 à R fixé) BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification Façade en maçonnerie avec vêture et isolant à l'extérieur (m2 à R fixé) Façade en maçonnerie avec revêtement enduit et isolant à l'intérieur (m2 à R fixé) Façade en maçonnerie avec vêture et isolant à l'intérieur (m2 à R fixé) Façade en maçonnerie avec revêtement enduit et isolant mixte intérieur et extérieur (m2 à R fixé) 215/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification Façade en maçonnerie avec vêture et isolant mixte intérieur et extérieur (m2 à R fixé) Façade en maçonnerie avec revêtement enduit et isolation répartie (m2 à R fixé) Façade en maçonnerie avec vêture et isolation répartie (m2 à R fixé) Façade en béton banché avec revêtement enduit et isolant à l'extérieur (m2 à R fixé) 216/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification Façade en béton banché avec vêture et isolant à l'extérieur (m2 à R fixé) Façade en béton banché avec revêtement enduit et isolant à l'intérieur (m2 à R fixé) Façade en béton banché avec vêture et isolant à l'intérieur (m2 à R fixé) 217/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification Façade en béton banché avec revêtement enduit et isolant mixte intérieur et extérieur (m2 à R fixé) Façade en béton banché avec vêture et isolant mixte intérieur et extérieur (m2 à R fixé) Façade en ossature bois avec isolant intégrée et bardage sur lame d'air (m2 à R fixé) Façade en ossature bois avec isolant intégrée et bardage sur isolant extérieur (m2 à R fixé) 218/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification Façade en ossature bois avec isolant intégrée et revêtement extérieur minéral sur isolant extérieur (m2 à R fixé) Refend en maçonnerie non isolé (m2) 3.6 Eléments verticaux ‐ Refends Refend en maçonnerie isolé sur une face (m2) Refend en maçonnerie isolé sur les deux faces (m2) 219/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification Refend en ossature bois non isolé (m2) Refend en ossature bois avec isolant intégrée (m2) 3.7 Eléments verticaux ‐ Poteaux Poteau simple en béton sans revêtement 20x20cm (ml) Rampe en béton (< 15°) (m3) Escalier de plan incliné (de 15 à 20°) (m3) 3.8 Escaliers et rampes Escalier d'habitation (de 20 à 40°) (m3) Escalier de service (de 40 à 45°) (m3) 4. Couverture ‐ Etanchéité ‐ Charpente ‐ 4.1 Revêtement de toiture terrasse + 220/565
Toiture terrasse non accessible (m2 à R fixé)
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Zinguerie Tâche 2.2 Simplification Eléments horizontaux ‐ Toitures terrasses Toiture terrasse accessible (m2 à R fixé) Toiture inclinée en tuile avec isolant intérieur (m2 à R fixé) 4.2 Charpente + Couverture de toiture en pente Toiture inclinée en plaque avec isolant intérieur (m2 à R fixé) Sortie de cheminée (unité) 4.3 Eléments techniques de toiture Chéneau ou gouttière (ml) Ouvrants techniques (unité) Vitrage de troiture (m2) 221/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification Cloison de distribution en plaque (m2) Cloison de distribution en maçonnerie légère (m2) 5.1 Cloisons et portes intérieures Cloisonnement gaine technique (m3) 5. Cloisonnement ‐ Doublage ‐ Plafonds suspendus ‐ Menuiseries intérieures Porte intérieure (m2) Placard (m3) 5.2 Doublage mur
5.3 Plafonds suspendus
5.4 Menuiseries, Métalleries et Quincailleries Garde‐corps, main courante (ml) 6.1 Revêtement et doublage extérieur
Porte palière (CF‐PF, blindée,…) (m2 ou unité) Porte d'entrée (blindée,…) (m2 ou unité) 6. Façades et menuiseries extérieures 6.2 Portes, fenêtres, fermetures Porte garage (m2) Fenêtre (m2 ou unité) 7. Revêtements des sols, murs et plafonds ‐ Chape ‐ Peintures ‐ Produits de décoration 6.3 Habillage et ossature
7.1 Revêtement des sols
7.2 Revêtement des murs et plafonds
7.3 Eléments de décoration et revêtements des menuiseries Chaudière (unité) 8. CVC 8.1 Equipements de production (chaud/froid) PAC (unité) Cheminée, poêle ou insert (unité)
Appoint 222/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification ECS Chauffage à énergie électrique directe
8.2 Réseaux et systèmes d'émission
Ventilation (unité) 8.3 Traitement de l'air Climatisation (unité) Aspiration (unité) 8.4 Boisseaux et conduits Fumisterie (Boisseaux et conduits) (ml) 9.2 Réseau sanitaire et robinetterie Réseau d'eau (unité/m2 de typologie) 9.3 Stockage et traitement
Traitement 10.2 Réseaux électriques et de communications Réseaux électriques et de communications (unité/m2 de typologie) 10.3 Equipements spéciaux
11.1 Ensemble de dispositifs pour la sécurité Dispositifs anti‐intrusion‐effraction, protection foudre, extinction, désenfumage 9. Plomberie‐sanitaire 10. Réseaux d'énergie électrique et de communication 11. Sécurité des personnes et des bâtiments 223/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 12.1 Eclairage intérieur
Appareils éclairage et lampes 12.2 Eclairage extérieur
Appareils éclairage et lampes 12.3 Réseaux et systèmes de contrôle et régulation Alimentation de secours et régulation (unité) 13. Appareils élévateurs 13. Appareils élévateurs
Ascenseur (unité/R+x) 14. Equipements de production locale d'électricité 14. Equipements de production locale d'électricité Panneaux photovoltaîques, éolienne (unité) 12. Eclairage Tâche 2.2 Simplification 224/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification 10.6 Annexe 6 : Cas d’étude pour l’adaptation des règles de calcul du
contributeur eau
Maison individuelle – modélisation selon les 3 modèles : détaillé, simplifié, sommaire 1) Modèle Détaillé
Données utilisées (partir de [30]) : Variable Valeur par défaut DVP (ans) 100 Durée d'occupation (mois) 11 SHAB (m2) 111 Nb occupants 5 Code postal 38400 Surface espace vert arrosé (m2) 90 Surface à nettoyer à l’extérieur (m2) 10 Surface à nettoyer à l’intérieur (m2) = SHAB Compteur facilement accessible Non Réducteur pression Non Longueur moyenne distribution ECS < 8 m ECS produite par accumulation oui Prévention des fuites Non Utilisation des Eaux Pluviales (EP) Non Eau infos générales Projet 6 L Chasse d'eau 3 fois/j/pers Équipements Baignoire non 12 L/min Douche 6 fois/sem/pers 225/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification 6 min/usage 10 L/min Lavabos 3 fois/jour/pers 0,25 min/usage 12 L/min Éviers 3 fois/j/pers 0,5 min/usage 60 L/usage Lave‐linge 4 fois/sem/logement 12 L/usage Lave‐vaisselle 4 fois/sem/logement Autre équipement Non Impacts environnementaux du contributeur eau d’usage : 226/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification 2) Modèle Simplifié
Données utilisées : prise en compte de 2 équipements permettant la réduction de la consommation d’eau : 

Chasse d’eau double flux 3L/6L au lieu de chasse d’eau simple flux 6L
Economiseur d'eau pour douche (débit d’eau de 7L/min au lieu de 12L/min)
Impacts environnementaux du contributeur eau d’usage : 227/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification 3) Modèle Sommaire
Données utilisées : moyenne de 48 m3/personne/an : Impacts environnementaux du contributeur eau d’usage : Pour les 3 typologies de modélisation, les mêmes Données Environnementales des Services (DES, disponibles dans la base de données du logiciel ELODIE) ont été utilisées : 

DES « Potabilisation - eau de robinet » avec un facteur de perte de réseau de 15%,
DES « Assainissement Non - Collectif ».
228/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification 10.7 Annexe 7 : Détails des matériaux générés en chiffrage rapide
Lot 1 ‐ VRD (Voirie et Réseaux Divers) Lot 2 ‐ Fondations et infrastructure ‐ bétons aciers polyane mortier sablons parpaings isolant staff joints Lot 3 ‐ Superstructure ‐ Maçonnerie bétons aciers mortier parpaings Lot 4 ‐ Couverture – Etanchéité ‐ Charpente ‐ Zinguerie élastomère étanchéité toiture couche drainante dalles sur plots isolant solins aluminium enduit ciment charpente bois gouttière couverture alu Lot 5 ‐ Cloisonnement ‐ Doublage ‐ Plafonds suspendus portes âmes pleines 229/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 ‐ Menuiseries intérieures Tâche 2.2 Simplification portes âmes alvéolaires portes coupe‐feu façades gaines techniques trappes de visite garde‐corps main courante cloisons doublage Lot 6 ‐ Façades et menuiseries extérieures fenêtres occultations bavettes aluminium portes de hall bardage enduit de façade garde‐corps façades Lot 7 ‐ Revêtements des sols, murs et plafonds ‐ Chape peintures murs ‐Peintures ‐ Produits de décoration peintures plafonds carrelage parquet linoléum plinthes Lot 8 ‐ CVC (Chauffage – Ventilation – Refroidissement ‐ gaines verticales eau chaude sanitaire) bouches d'extraction conduits souples colonnes d'extraction grilles métal canalisations acier gaz 230/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification radiateurs siphons calorifugeage canalisations panneaux solaires thermiques volets coupe‐feu Lot 9 ‐ Installations sanitaires canalisations eau froide canalisations eau chaude canalisations eaux usées canalisations eaux pluviales calorifugeage canalisations collecteurs avaloirs lavabos éviers cuvettes WC receveurs douches baignoires ballon ECS Lot 10 ‐ Réseaux d'énergie électrique et de communication (courant fort et courant faible) câbles cuivre avec gaines plastiques prises 16A‐32A prise coaxial prise RJ45 interrupteurs coffrets de distribution câblages réseau communication tableaux divisionnaires Lot 11 ‐ Sécurité des personnes et des bâtiments vidéophone 231/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.2 Simplification digicode blocs autonomes de sécurité Lot 12 ‐ Eclairage luminaires d'étages et escaliers luminaires parkings distribution collective éclairage Lot 13 ‐ Appareils élévateurs et autres équipements de ascenseurs transport intérieur alimentation ascenseur Lot 14 ‐ Equipement de production locale d'électricité ‐ 232/565
BENEFIS
ANR 2011 VILD 001 01
Tâche 2 : DEVELOPPEMENTS METHODOLOGIQUES SOUS TÂCHE 2.3 : LA REPRODUCTIBILITÉ Sébastien Lasvaux
Lucie Genuys
Marine Ameil
Marie-Lise Pannier
Thibault Hallouin
Bruno Peuportier
REDACTEURS DE CE Charlotte Roux
DOCUMENT
Romain Bonnet
Manuel Bazzana
Sylviane Nibel
Thierry Guiot
Jean Baptiste Videau
Alexandra Lebert
Jacques Chevalier
REFERENCE
DEE/EICV/13-097-3
DATE DE 18/12/2014
REDACTION
VERSION
4.0
234/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité SOMMAIRE
SOMMAIRE ................................................................................................................................................... 235 LISTE DES FIGURES ................................................................................................................................... 239 LISTE DES TABLEAUX................................................................................................................................. 240 INTRODUCTION ........................................................................................................................................... 242 1 DESCRIPTION ET COMPARAISON DES OUTILS ELODIE ET NOVAEQUER .................................. 246 1.1. DESCRIPTION DE L’OUTIL ELODIE VERSION V2.0.004 ............................................................................ 247 1.1.1 Description des données d’entrée d’ELODIE V2................................................................... 247 1.1.1.1 1.1.1.2 1.1.1.3 1.1.2 1.1.2.1 1.1.2.2 Données relatives au bâtiment ..........................................................................................................................248 Données relatives aux produits de construction, matériaux et équipements ...................................................248 Données relatives aux consommations d’énergie .............................................................................................249 Description des méthodologies de calcul d’ELODIE V2........................................................ 251 Méthodologies de calcul pour le contributeur Composant ...............................................................................251 Méthodologies de calcul pour le contributeur Energie .....................................................................................251 1.1.3 Description des résultats de sortie d’ELODIE V2 .................................................................. 252 1.2 DESCRIPTION DE L’OUTIL NOVAEQUER VERSION 0.48.1.4 ................................................................ 253 1.1.1. Description des données d’entrée de novaEQUER .............................................................. 253 1.2.1.1 1.2.1.2 1.2.1.3 1.2.1.4 1.2.1.5 Les transports ....................................................................................................................................................253 L’eau ..................................................................................................................................................................253 L’énergie ............................................................................................................................................................254 Les déchets d’activité ........................................................................................................................................255 Les matériaux et composants de construction ..................................................................................................255 1.2.2 Description des méthodologies de calcul de novaEQUER ................................................... 256 1.2.3 Description des résultats de sortie de novaEQUER .............................................................. 272 1.2.2.1 Modélisation du bâtiment .................................................................................................................................257 1.2.2.2 Recueil des données ..........................................................................................................................................259 1.2.2.2.1.1 Indicateur environnemental ..................................................................................................................260 1.2.2.3 Précisions sur les calculs ....................................................................................................................................261 1.1.1.a.1 Le transport des produits ..............................................................................................................................261 1.1.1.a.2 Le recyclage ..................................................................................................................................................262 1.2.2.4 Normalisation d’un éco‐profil ............................................................................................................................264 1.2.2.5 Développement du logiciel ................................................................................................................................264 1.2.2.6 Les transports ....................................................................................................................................................268 1.2.2.7 L’eau ..................................................................................................................................................................269 1.2.2.8 L’énergie ............................................................................................................................................................270 1.2.2.9 Les déchets ........................................................................................................................................................270 1.2.2.10 Les matériaux et composants de construction ..................................................................................................271 1.2.3.1 Les sorties ..........................................................................................................................................................272 1.3 MISE EN PLACE D’UNE GRILLE DE COMPARAISON DES LOGICIELS D’ACV BATIMENT .............................. 275 1.3.1 Démarche de travail ............................................................................................................... 275 1.3.2 Identification d’aspects importants pour la reproductibilité à partir de l’analyse des outils
novaEQUER et ELODIE V2 .................................................................................................................. 279 1.3.2.1 1.3.2.2 2 Aspects importants pour la reproductibilité entre les outils novaEQUER et ELODIE V2 ...................................280 Aspects importants pour la reproductibilité entre plusieurs utilisateurs sur un même outil ............................282 TESTS DE REPRODUCTIBILITE SUR DES CAS SIMPLES : UN OUTIL, PLUSIEURS UTILISATEURS
284 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 PRESENTATION DU BATIMENT ETUDIE ................................................................................................ 284 DEFINITION DES OBJECTIFS ET DU CHAMP DE L’ETUDE ........................................................................ 286 RESULTATS « AVANT HARMONISATION » ............................................................................................ 288 RESULTATS « APRES HARMONISATION » ........................................................................................... 290 CONCLUSIONS ................................................................................................................................. 293 3 TESTS DE REPRODUCTIBILITE SUR DES CAS SIMPLES : UN UTILISATEUR, DEUX
OUTILS [ASHRAE V1]………………….. ....................................................................................................... 294 235/510
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité 3.1 PRESENTATION DU BATIMENT ETUDIE ................................................................................................ 295 3.2 DEFINITION DES OBJECTIFS ET DU CHAMP DE L'ETUDE ........................................................................ 296 3.2.1 Objectifs de l'étude ................................................................................................................ 296 3.2.2 Périmètre de l'étude ............................................................................................................... 296 3.2.3 Unité fonctionnelle ................................................................................................................. 297 3.2.4 Durée d'analyse ..................................................................................................................... 297 3.3 HYPOTHESES ET DONNEES D'ENTREE ................................................................................................ 297 3.3.1 Simulation thermique dynamique .......................................................................................... 297 3.3.1.1 3.3.1.2 3.3.1.3 3.3.2 3.3.2.1 3.3.2.2 3.3.2.3 3.3.2.4 3.3.2.5 Données climatiques .........................................................................................................................................297 Scénarios de fonctionnement ............................................................................................................................297 Présentation des résultats .................................................................................................................................298 Analyse de cycle de vie ......................................................................................................... 299 Matériaux et produits de construction ..............................................................................................................299 Energie et équipements .....................................................................................................................................300 Consommations d'énergie .................................................................................................................................302 Indicateurs et unités ..........................................................................................................................................302 Etapes du cycle de vie et contributeurs .............................................................................................................303 3.4 RESULTATS ET INTERPRETATIONS ..................................................................................................... 303 3.4.1 Comparaison de variantes tous contributeurs confondus ..................................................... 303 3.4.2 Ratios entre les contributeurs « Energie » et « Composant » ............................................... 304 3.4.3 Comparaison de variantes sur le seul contributeur « Energie »............................................ 306 3.4.4 Résultats en valeurs d'impacts .............................................................................................. 306 3.5 CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES A L'ISSUE DE CE CAS SIMPLE ........................................................... 308 3.5.1 Limites du cas simple ASHRAE V1 ....................................................................................... 308 3.5.2 Nouvelles variantes constructives ASHRAE ......................................................................... 308 3.5.3 Comparaison de variantes sur des cas réels ........................................................................ 308 4 TESTS DE REPRODUCTIBILITE SUR DES CAS SIMPLES : UN UTILISATEUR, DEUX
OUTILS [OPTIMISATION ENERGETIQUE ASHRAE V1] ............................................................................ 309 4.1 OBJECTIFS ET DEMARCHE DE L'OPTIMISATION .................................................................................... 309 4.2 MODIFICATION DU CLIMAT ................................................................................................................. 310 4.3 MODIFICATIONS « BBC » ................................................................................................................. 311 4.3.1 Augmentation de l’épaisseur d’isolation ................................................................................ 311 4.3.2 Amélioration de la performance des vitrages ........................................................................ 311 4.3.3 Ajout de protections solaires.................................................................................................. 312 4.3.4 Ajout d’une ventilation double flux ......................................................................................... 313 4.3.5 Récapitulatif et bâtiment optimisé « BBC » ........................................................................... 314 4.4 SUPPRESSION DE LA CLIMATISATION ................................................................................................. 315 4.4.1 Effets sur la température intérieure ....................................................................................... 315 4.4.2 Sur-ventilation par ouverture des fenêtres ............................................................................ 315 4.5 SYNTHESE : NOUVEAU CAS D'ETUDE ASHRAE V2 ............................................................................. 317 4.5.1 Récapitulatif des modifications .............................................................................................. 317 4.5.2 Performances énergétiques................................................................................................... 317 4.5.3 Analyses de cycle de vie comparées avant et après optimisation ........................................ 318 5 TEST DE REPRODUCTIBILITE SUR DES CAS SIMPLES : UN UTILISATEUR, DEUX OUTILS
[ASHRAE V2 « BASSE CONSOMMATION »] ............................................................................................. 320 5.1 NOUVELLES HYPOTHESES ET DONNEES D'ENTREE POUR L'ACV .......................................................... 321 5.1.1 Unité fonctionnelle ................................................................................................................. 321 5.1.2 Matériaux et produits de construction .................................................................................... 321 5.1.3 Energie et équipements ......................................................................................................... 321 5.1.4 Consommations d'énergie (chauffage) .................................................................................. 321 5.2 PRESENTATION DES RESULTATS ....................................................................................................... 322 5.2.1 Comparaison de variantes tous contributeurs confondus ..................................................... 322 5.2.2 Ratios entre les contributeurs « Energie » et « Composant » ............................................... 323 5.2.3 Contributeur « Energie »........................................................................................................ 323 5.2.4 Résultats en valeur d’impacts ................................................................................................ 324 5.3 ANALYSE ET INTERPRETATION DES RESULTATS .................................................................................. 326 5.3.1 Analyses de contribution........................................................................................................ 326 5.3.1.1 5.3.1.2 Méthodes et outils utilisés.................................................................................................................................326 Eléments d'interprétation pour les différents indicateurs ................................................................................328 236/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 5.3.1.3 Tâche 2.3 Reproductibilité Conclusions des analyses de contribution .........................................................................................................331 5.3.2 Analyse de sensibilité sur la DVP .......................................................................................... 331 5.3.3 Autres outils d'interprétation .................................................................................................. 337 5.3.2.1 5.3.2.2 5.3.2.3 5.3.2.4 5.3.3.1 5.3.3.2 Sur un même outil .............................................................................................................................................332 Comparaison entre les deux outils ....................................................................................................................334 Conclusions de l’analyse de sensibilité sur la DVP .............................................................................................336 Autres analyses de sensibilité ............................................................................................................................337 Normalisation des indicateurs ...........................................................................................................................337 Agrégation des indicateurs ................................................................................................................................339 5.4 CONCLUSIONS DU CAS SIMPLE « BASSE CONSOMMATION »................................................................. 341 5.4.1 Conclusion et synthèse des principaux résultats obtenus..................................................... 341 5.4.2 Limites de ce cas simple........................................................................................................ 344 5.5 SIMULATIONS COMPLEMENTAIRES : DEMARCHE.................................................................................. 344 5.6 SIMULATIONS COMPLEMENTAIRES : RESULTATS ET INTERPRETATIONS ................................................ 345 6 TEST DE REPRODUCTIBILITE ENTRE OUTILS AU NIVEAU DES RESULTATS DU CONTRIBUTEUR
« COMPOSANT ».......................................................................................................................................... 348 6.1 PRESENTATION DU BATIMENT ETUDIE ................................................................................................ 349 6.2 DEFINITION DES OBJECTIFS ET DU CHAMP DE L’ETUDE ........................................................................ 350 6.3 RESULTATS ET INTERPRETATIONS ..................................................................................................... 353 6.3.1 Données environnementales sur le béton ............................................................................. 354 6.3.2 Données environnementales sur l’acier ................................................................................ 361 6.3.3 Données environnementales sur le bois ............................................................................... 364 6.3.4 Données environnementales génériques non contextualisées vs. données de producteurs
livrant en France .................................................................................................................................... 371 6.3.5 Influence des durées de vie des produits .............................................................................. 373 6.4 CONCLUSIONS ................................................................................................................................. 381 7 RECOMMANDATIONS POUR AMELIORER LA REPRODUCTIBILITE DES ETUDES ACV BATIMENT
382 7.1 RECOMMANDATIONS POUR AMELIORER LA REPRODUCTIBILITE ENTRE PLUSIEURS UTILISATEURS SUR UN
MEME OUTIL ................................................................................................................................................. 382 7.1.1 Description du bâtiment ......................................................................................................... 382 7.1.2 Paramètres de l’interface utilisateur ...................................................................................... 383 7.1.3 Accompagnement du praticien au cours de la modélisation ................................................. 384 7.2 RECOMMANDATIONS POUR AMELIORER LA REPRODUCTIBILITE ENTRE LES OUTILS NOVAEQUER ET
ELODIE ...................................................................................................................................................... 385 7.2.1 Bases de données ACV en amont du logiciel ....................................................................... 385 7.2.2 Bases de données intégrées au logiciel ................................................................................ 386 7.2.3 Cohérence entre description du bâtiment, calculs thermique et ACV ................................... 387 7.2.4 Calcul du contributeur « composant » : périmètre des éléments pris en compte ................. 388 7.2.5 Calcul du contributeur « composant » : recommandations pour le calcul sur le cycle de vie
complet des produits et équipements .................................................................................................... 389 7.2.5.1 Recommandations pour le calcul de la phase transport (module A4) ...............................................................392 7.2.5.2 Recommandations pour le calcul de la phase chantier (module A5) .................................................................393 7.2.5.3 Recommandations pour le calcul de la phase d’utilisation (module B1) ...........................................................394 7.2.5.4 Recommandations pour le calcul des phases de remplacement, réparation, maintenance et réparation (modules B2, B3, B4 et B5) ....................................................................................................................................................395 7.2.5.5 Recommandations pour le calcul de la phase de fin de vie (modules C1, C2, C3, C4 et module D) ..................399 7.2.6 Calcul du contributeur « énergie » ......................................................................................... 400 CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES .......................................................................................................... 401 REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES ......................................................................................................... 403 ANNEXES DE LA PARTIE 1 ......................................................................................................................... 405 ANNEXE 1 : DESCRIPTION DE L’INTERFACE DU LOGICIEL ELODIE V2 VERSION V2.0.004 ................................... 405 ANNEXE 3 : LISTE D’ASPECTS IMPORTANTS POUR LES BASES DE DONNEES ACV EN AMONT DES LOGICIELS ...... 407 ANNEXE 4 : LISTE D’ASPECTS IMPORTANTS POUR LES BASES DE DONNEES INTEGREES AU LOGICIEL ................. 410 ANNEXE 5 : LISTE D’ASPECTS IMPORTANTS POUR LE CALCUL DU CONTRIBUTEUR « COMPOSANT » ............... 412 ANNEXE 6 : LISTE D’ASPECTS IMPORTANTS POUR LE CALCUL DU CONTRIBUTEUR « ENERGIE » ...................... 414 ANNEXE 7 : LISTE D’ASPECTS IMPORTANTS CONCERNANT LE LIEN ENTRE CALCULS ENERGETIQUES ET ACV ..... 415 237/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité ANNEXE 8 : LISTE D’ASPECTS IMPORTANTS CONCERNANT LES PARAMETRES DE L’INTERFACE UTILISATEUR ....... 416 ANNEXE 9 : LISTE D’ASPECTS IMPORTANTS CONCERNANT L’ACCOMPAGNEMENT DU PRATICIEN AU COURS DE LA
MODELISATION ............................................................................................................................................. 419 ANNEXES DES PARTIES 3, 4, 5 .................................................................................................................. 421 ANNEXE 10 : HYPOTHESES DETAILLEES POUR LA STD ET L’ACV POUR LES SIMULATIONS COMPLEMENTAIRES.. 421 ANNEXE 11 : COMPARAISON DES FICHIERS METEO MACON TRY ET MACON RT2012 ...................................... 426 ANNEXE 12 : SIMULATION N°1 - ACV COMPARATIVES DE BATIMENTS EXISTANTS ............................................. 430 ANNEXE 13 : SIMULATION N°2 - ACV COMPARATIVES AVANT/APRES RENOVATION ENERGETIQUE ..................... 436 ANNEXE 14: SIMULATION N°3 - ACV COMPARATIVES DE BATIMENTS NEUFS (PERIMETRE REDUIT) .................... 441 ANNEXE 15 : SIMULATION N°3 - ACV COMPARATIVES DE BATIMENTS NEUFS (PERIMETRE COMPLET) ................ 447 ANNEXE 16 : SIMULATION N°4 - ACV COMPARATIVES DE SOLUTIONS ENERGETIQUES (PERIMETRE REDUIT) ...... 454 ANNEXE 17 : SIMULATION N°4 - ACV COMPARATIVES DE SOLUTIONS ENERGETIQUES (PERIMETRE COMPLET) ... 463 ANNEXE 18 : SIMULATION N°5 : ACV COMPARATIVES DE BATIMENTS NEUFS AVEC OU SANS PV ....................... 474 ANNEXES DE LA PARTIE 6 ......................................................................................................................... 481 ANNEXE 19 : DETAILS DES ALTERNATIVES ETUDIEES ...................................................................................... 481 ANNEXE 20 : NOM DES DONNEES ACV UTILISEES .......................................................................................... 485 ANNEXE 21 : TABLEAU RECAPITULATIF DES TESTS EFFECTUES ....................................................................... 486 ANNEXE 22 : REPARTITION DES USINES DE FABRICATION DU CIMENT............................................................... 487 ANNEXE 23 : RESULTATS DU TEST DE REPRODUCTIBILITE SUR LES VARIANTES EN BETON ARME ET EN OSSATURE
BOIS ............................................................................................................................................................ 488 238/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité LISTE DES FIGURES
Figure 1 : fonctionnement par contributeur dans l'interface d'ELODIE V2 .......................... 248 Figure 2 : le contributeur Composant dans l'interface d'ELODIE V2 .................................. 249 Figure 3 : le contributeur Energie dans l'interface d'ELODIE V2 ....................................... 250 Figure 4 : Sorties dans ELODIE V2 .............................................................................. 252 Figure 5 : Représentation schématique des trois niveaux d’analyse des logiciels novaEQUER et
ELODIE V2 .............................................................................................................. 276 Figure 6 : Classement des aspects par étapes de l’ACV et par phases du cycle de vie d’un
bâtiment selon EN 15978 .......................................................................................... 277 Figure 7 : Classement des aspects par contributeur de l’ACV d’un bâtiment ...................... 278 Figure 8 : Classement des aspects par étapes de réalisation de l’étude par le praticien ....... 278 Figure 9 : Catégories définies pour le classement des aspects importants pour la
reproductibilité et nombre d’aspects identifiés .............................................................. 279 Figure 10 : Représentation du bâtiment étudié ............................................................. 285 Figure 11 : Résultats « avant harmonisation » obtenus entre les utilisateurs et la référence 289 Figure 12 : Résultats « après harmonisation » obtenus entre les utilisateurs et la référence 291 Figure 13 : Géométrie du cas de base ASHRAE ............................................................. 295 Figure 14 : Champ de l’étude pour l’ACV dans les outils ELODIE et novaEQUER ................. 296 Figure 15 : Graphes des besoins énergétiques calculés sous PLEIADES pour les quatre
variantes ASHRAE V1................................................................................................ 298 Figure 16 : Correspondances entre phases de cycle de vie (novaEQUER) et contributeurs
(ELODIE) ................................................................................................................ 303 Figure 17 : Radars de classement des variantes ASHRAE V1 sur les deux outils, tous
contributeurs confondus ............................................................................................ 304 Figure 18 : Ratios entre les contributeurs « Energie » et « Composant » pour le cas 600 et le
cas 900 dans les deux outils - ASHRAE V1 ................................................................... 305 Figure 19 : Radars de classement des variantes ASHRAE V1 sur les deux outils, contributeur
« Energie » ............................................................................................................. 306 Figure 20 : Comparaison des besoins énergétiques (en kWh/m²) du cas ASHRAE V1 selon les
conditions climatiques (Colorado – Mâcon) ................................................................... 310 Figure 21 : Besoins énergétiques de la version ASHRAE V1 BBC (isolation + vitrages basse
émissivité + stores) – Comparaison avec le cas de base ASHRAE V1 ............................... 314 Figure 22 : Influence des différents scénarios de ventilation naturelle sur les températures
intérieures maximales ............................................................................................... 316 Figure 23 : Comparaison des besoins énergétiques et des températures intérieures maximales
pour les quatre variantes ASHRAE V1 et V2 (Mâcon) ..................................................... 317 Figure 24 : Radar de comparaison des impacts environnementaux de la variante 900 avant et
après optimisation énergétique (novaEQUER) ............................................................... 319 Figure 25 : Radars de classement des variantes ASHRAE V2 obtenus sur les deux outils ..... 322 Figure 26 : Radars de classement des variantes ASHRAE V2 sur les deux outils, contributeur
« Energie » ............................................................................................................. 324 Figure 27 : Comparaison des valeurs d'impact entre les deux outils pour deux indicateurs .. 325 Figure 28 : Radars de classement des variantes ASHRAE V2 sur novaEQUER, DVP = 50, 80,
100 ans .................................................................................................................. 333 Figure 29 : Pourcentage d’impacts ramenés à DVP = 50 ans (DVP = 50, 80, 100 ans) pour la
variante 900 ASHRAE V2 sur novaEQUER .................................................................... 334 Figure 30 : Illustration du cas « difficile pour conclure » entre les outils ELODIE et novaEQUER
............................................................................................................................. 335 Figure 30 : Comparaison des résultats normalisés entre les deux outils (résultats par habitant
et par an), cas 920 ASHRAE V2 .................................................................................. 338 Figure 31 : Ratios détaillés entre les contributeurs « Energie » et « Composant » pour chaque
variante ASHRAE V2 et pour les deux outils (Ecopoints BRE 2008) .................................. 340 Figure 32 : Vue d’architecte du bâtiment étudié............................................................ 349 Figure 33 : Diagrammes circulaires représentant les pourcentages de contributions des lots 2 à
6 (parties pleines des diagrammes) aux impacts d’un bâtiment pour les indicateurs
environnementaux étudiés (données cycle de vie complet)............................................. 352 239/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Figure 34 : Impacts environnementaux du béton entre deux bases de données (données de
production) à l’échelle du m3 de béton ........................................................................ 355 Figure 35 : Impacts environnementaux à partir de deux bases de données (données tout cycle
de vie) pour la variante en structure béton armé .......................................................... 356 Figure 36 : Impacts environnementaux du béton prêt à l’emploi pour différents dosages
(données de production) à l’échelle du m3 de béton ...................................................... 358 Figure 37 : Impacts environnementaux du béton prêt à l’emploi pour différents ciments
(données de production) à l’échelle du m3 de béton ...................................................... 358 Figure 38 : Impacts environnementaux en fonction de différentes données sur le béton
(données tout cycle de vie) pour la variante en structure béton armé .............................. 360 Figure 39 : Impacts environnementaux de l’acier de ferraillage pour différentes
représentativités géographiques (données production et fin de vie uniquement) à l’échelle du
kg d’acier ................................................................................................................ 362 Figure 40 : Impacts environnementaux en fonction de différentes données sur l’acier de
ferraillage pour la variante en structure béton armé (données tout cycle de vie) ............... 363 Figure 41 : Impacts environnementaux du bois de structure entre deux bases de données
(données production et fin de vie) à l’échelle de la tonne de bois .................................... 365 Figure 42 : Impacts environnementaux en fonction de deux bases de données (données tout
cycle de vie) pour la variante à ossature bois ............................................................... 366 Figure 43 : Impacts environnementaux du bois de structure avec et sans prise en compte du
carbone biogénique (données production et fin de vie) à l’échelle de la tonne de bois......... 367 Figure 44 : Impacts environnementaux avec et sans prise en compte du carbone biogénique
(données tout cycle de vie) à l’échelle de la variante à ossature bois ............................... 368 Figure 45 : Impacts environnementaux du bois de structure en fonction du scénario de fin de
vie (données production et fin de vie) à l’échelle de la tonne de bois ............................... 370 Figure 46 : Impacts environnementaux en fonction du scénario de fin de vie à l’échelle de la
variante à ossature bois (données tout cycle de vie) ..................................................... 371 Figure 47 : Impacts environnementaux en fonction du type de base de données
environnementale pour la variante en structure béton armé (données tout cycle de vie)..... 372 Figure 48 : Représentation schématique de deux scénarii de remplacements de fenêtres
(Durées de Vie Typiques [DVT] de 20 et 30 ans) pour deux Durées de Vie Programmées [DVP]
d’un bâtiment .......................................................................................................... 373 Figure 49 : Impacts environnementaux des cinq jeux de DDV pour trois DVP (50 ans, 80 ans,
100 ans) ................................................................................................................. 378 Figure 50 : Impacts environnementaux en fonction du type de base de données
environnementale (données environnementales et durées de vie) pour la variante en structure
béton armé sur 50 ans .............................................................................................. 380 Figure 51: Représentation des étapes conventionnelles du cycle de vie d'un bâtiment selon la
norme EN 15978 ...................................................................................................... 391 Figure 1: Cas A (Bilan annuel énergie et ACV) - Méthode Allocation Co-produits ................ 478 Figure 52 : Plan d’étage courant du bâtiment de référence en béton ................................ 481 Figure 53 : Coupe AA du bâtiment de référence - Le gabarit du bâtiment Béton s’élève à 17,93
mètres pour la cage A et 12,33 mètres pour la cage B (niveau acrotères)......................... 482 Figure 54 : Plan d’étage courant du bâtiment acier ....................................................... 483 Figure 55 : Coupe AA du bâtiment acier - Le gabarit du bâtiment Acier s’élève à 19,80 mètres
pour la cage A et 13,73 mètres pour la cage B (niveau acrotères) ................................... 483 Figure 56 : Plan d’étage courant du bâtiment bois - Les trames indiquent les sens de porté. La
trame 1 porte perpendiculairement à la façade et la trame 2 parallèlement. Des solives sont
disposées entre les trames pour supporter les planchers ................................................ 484 Figure 57 : Coupe AA du bâtiment bois - Le gabarit du bâtiment bois s’élève à 18,90 mètres
pour la cage A et 13,60 mètres pour la cage B (niveau acrotères) ................................... 484 LISTE DES TABLEAUX
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BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Tableau 1 : Caractéristiques du bâtiment étudié ........................................................... 285 Tableau 2 : Répartition des logements du bâtiment étudié ............................................. 286 Tableau 3 : Présentation du profil des utilisateurs ayant participé au test de reproductibilité 287 Tableau 4 : Valeurs des indicateurs énergie primaire totale, consommation d’eau, déchets
éliminés et déchets radioactifs « avant harmonisation » calculées par les différents profils .. 289 Tableau 5 : Valeurs des indicateurs changement climatique, acidification et formation d’ozone
photochimique « avant harmonisation » calculées par les différents profils ....................... 290 Tableau 6 : Valeurs des indicateurs énergie primaire totale, consommation d’eau, déchets
éliminés et déchets radioactifs « après harmonisation » calculées par les différents profils . 292 Tableau 7 : Valeurs des indicateurs changement climatique, acidification et formation d’ozone
photochimique « après harmonisation » calculées par les différents profils ....................... 292 Tableau 8 : Scénarios de fonctionnement utilisés pour la STD - ASHRAE V1 ...................... 298 Tableau 9 : Besoins énergétiques calculés sous PLEIADES pour les quatre variantes ASHRAE
V1 ......................................................................................................................... 299 Tableau 10 : Hypothèses et choix des données pour le système de chauffage - ASHRAE V1 301 Tableau 11 : Hypothèses et choix des données pour le système de refroidissement - ASHRAE
V1 ......................................................................................................................... 301 Tableau 12 : Besoins énergétiques des quatre variantes ASHRAE V1 en énergie utile et en
énergie finale .......................................................................................................... 302 Tableau 13 : Comparaison des valeurs d'impacts entre les deux outils - ASHRAE V1 .......... 307 Tableau 14 : Epaisseurs d'isolation testées à partir du cas de base ASHRAE V1 ................. 311 Tableau 15 : Caractéristiques des vitrages testées à partir du cas ASHRAE V1 .................. 312 Tableau 16 : Pourcentages d'occultation testés à partir du cas ASHRAE V1 ....................... 312 Tableau 17 : Scénarios annuel d'occultation testés à partir du cas ASHRAE V1 .................. 313 Tableau 18 : Efficacités de l'échangeur testées à partir du cas ASHRAE V1 ....................... 314 Tableau 19 : Récapitulatif des solutions retenues et de leurs effets sur les besoins énergétiques
............................................................................................................................. 314 Tableau 20 : Effet de la suppression de la climatisation sur les températures intérieures
maximales atteintes dans chacune des quatre variantes ................................................ 315 Tableau 21 : Débits de ventilation testés à partir du cas de base optimisé sans climatisation
............................................................................................................................. 316 Tableau 22 : Besoins énergétiques (en kWh/m²) de la version ASHRAE V2 - Comparaison avec
le cas de base ASHRAE V1(climat de Mâcon) ................................................................ 318 Tableau 23 : Besoins énergétiques des quatre variantes ASHRAE V2, en énergie utile et en
énergie finale .......................................................................................................... 322 Tableau 24 : Ecarts relatifs à la moyenne pour les valeurs d'impacts obtenues dans les deux
outils - ASHRAE V2................................................................................................... 325 Tableau 25 : Comparaison des deux outils pour le classement des variantes et la meilleure
variante (DVP = 1, 50, 80, 100 ans) - ASHRAE V2 ........................................................ 334 Tableau 26 : Ecarts relatifs à la moyenne pour les valeurs d’impacts entre les deux outils (DVP
= 1,50, 80, 100 ans) - ASHRAE V2 ............................................................................. 336 Tableau 27 : Indicateurs plus ou moins significatifs pour le cas d'étude ASHRAE V2 et selon la
normalisation utilisée ................................................................................................ 339 Tableau 28 : Comparaison des résultats agrégés entre les deux outils (Méthode Ecopoints BRE
2008) - ASHRAE V2 .................................................................................................. 341 Tableau 29 : Périmètre HQE Performance pris en compte ............................................... 351 Tableau 30 : Pourcentage de clinker et d’ajouts en cendres et laitiers pour différents ciments
courants (d’après la norme NF EN 197) ....................................................................... 359 Tableau 31 : Cinq jeux de durées de vie utilisés pour déduire le nombre de remplacements 375 Tableau 32 : Exemple de paramètres harmonisables pour le scénario par défaut de transport
sur chantier............................................................................................................. 392 Tableau 33 : Exemple de paramètres harmonisables pour le scénario par défaut de mise en
œuvre sur chantier ................................................................................................... 393 Tableau 34 : Paramètres du scénario de remplacement par défaut .................................. 397 241/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité INTRODUCTION
Objectifs L’application de l’ACV au secteur du bâtiment a entraîné l’apparition, en France, depuis les années 1990 de nombreux outils (dont les logiciels EQUER et ELODIE), développés selon un ou plusieurs objectifs (aide à l’écoconception, évaluation des performances environnementales...). Chaque outil comporte des données ACV provenant de bases de données génériques ou issues des Fiches de Déclarations Environnementale et Sanitaire (FDES), des règles de calcul parfois différentes pour évaluer l’impact environnemental d’un bâtiment et des résultats exprimés à l’aide d’indicateurs environnementaux spécifiques. Le principal problème à l’heure actuelle est donc le manque d’harmonisation de ces outils d’aide à la décision pouvant poser des problèmes en termes de reproductibilité sur les résultats (en valeurs absolues) mais également en comparaison de variantes. Or, l’ACV est de plus en plus utilisée à différentes phases d’un projet de conception ou de réhabilitation de bâtiment par les acteurs du secteur de la construction. L’ACV peut par exemple contribuer à identifier des variantes en écoconception ou servir en évaluation de performances environnementales (voir la démarche HQE Performance). Dans ce contexte, atteindre un bon niveau de reproductibilité est essentiel pour que le marché ait confiance dans ces outils d’ACV bâtiment. La reproductibilité d’une étude scientifique ou technique consiste à faire en sorte que la démarche, les essais et les résultats puissent être correctement documentés (notion de qualité) et vérifiés (notion de transparence). La déclinaison de la reproductibilité en ACV a été, dans un premier temps, repris par les normes ISO 14040‐44 et le guide ILCD. D’après la norme ISO 14044 et le guide ILCD, la reproductibilité d’une ACV permet de s’assurer qu’un vérificateur indépendant soit en mesure de retrouver les résultats et les conclusions de l’étude. La reproductibilité nécessite de disposer d’informations complètes sur les données, les hypothèses et les règles de calcul. Puis d’autres travaux se sont intéressés aux notions de comparabilité, reproductibilité et inter‐comparaison d’outils ACV en les appliquant au secteur du bâtiment. Nous pouvons, par exemple, citer (état des lieux non exhaustif) : le projet PRESCO1, le projet EeBGuide2, le projet Sustainable Building Alliance3 à l’échelle européenne et le projet COIMBA, la thèse de S. Lasvaux4 et l’action de l’OEET5 à l’échelle française. Dans le cadre du projet BENEFIS, l’objectif de la tâche reproductibilité comporte deux volets : 1
Rapport disponible sur : www.etn-presco.net/
Aspect reproductibilité disponible en ligne : http://www.eebguide.eu/?p=1844
3
Rapport disponible en ligne : http://sballiance.org/
4
Disponible en ligne : http://pastel.archives-ouvertes.fr/docs/00/71/20/43/PDF/19919_LASVAUX_2010.pdf
5
Observatoire Energie Environnement des Transports, rapport disponible en ligne « Guide de validation des
logiciels d'évaluation environnementale (écocomparateurs) des infrastructures de transports »
Version: www2.ademe.fr/servlet/getBin?name...tomcatlocal1354618580815.pdf
2
242/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité 1) Améliorer la reproductibilité des ACV réalisées sur un même outil par deux utilisateurs disposant des mêmes données. 2) Poser les questions de reproductibilité entre outils (EQUER et ELODIE). Description des travaux envisagés dans la convention ANR Les problèmes de reproductibilité portent aujourd’hui essentiellement sur : ‐ L’estimation de la contribution des produits de construction aux impacts des bâtiments ‐ L’estimation des consommations d’énergie du bâtiment en fonctionnement. Sur la contribution des composants du bâtiment, la question de la reproductibilité porte sur : ‐ L’estimation et la collecte des données de métrés (description des différents types de métrés, adaptation des métrés à l’analyse environnementale, recommandations d’harmonisation des méthodes de métré,…) ‐ Le périmètre des éléments pris en compte dans l’analyse ‐ L’élaboration de règles à destination des fabricants de produits, matériaux et systèmes pour générer des données environnementales pertinentes pour l’analyse environnementale ‐ Les règles d’extrapolation des données environnementales lorsque la donnée sur un composant précis n’est pas disponible ‐ Les règles de contextualisation des données environnementales, ‐ Les règles de traitement des déclarations environnementales incomplètes (jusqu’à la sortie d’usine par exemple) qui seront produites selon la norme européenne EN15804 et de modification et ajustement des déclarations environnementales sur le cycle de vie complet (modification d’un transport, d’un taux de chute…) ‐ La sensibilité des résultats de l’ACV bâtiment à la méthode de prise en compte des recyclages et valorisations énergétiques ‐ La sensibilité des résultats de l’ACV bâtiment aux règles de prise en compte du carbone biogénique Sur les calculs de consommation d’énergie, les questions de reproductibilité portent notamment sur ‐ Les conventions de calcul : quelles sont les données météorologiques utilisées, comment sont définis les scénarios d’occupation et le comportement des occupants? 243/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité ‐ Les consommations de chauffage, refroidissement, eau chaude sanitaire, éclairage ventilation et les consommations auxiliaires des usages précédents : Comment sont‐ils modélisés ? Quelles sont les données d’entrée requises et les résultats de sortie disponibles ? Description des travaux réalisés et décrits dans ce rapport Les travaux sont limités aux impacts induits par les contributeurs « composants » et « énergie ». Ils ont été découpés en deux parties : 

Tester la reproductibilité entre plusieurs utilisateurs sur un même outil Tester la reproductibilité entre les outils EQUER et ELODIE o au niveau de la comparaison de variantes (tester les conclusions) o au niveau d’une ACV de bâtiment simple6 (tester les résultats) Les travaux ont été décomposés en différentes parties (ou angles d’attaques) apportant des contributions complémentaires à la problématique générale 


Une partie décrit la démarche d’analyse des versions des outils ELODIE et novaEQUER avant les tests de reproductibilité o Description des outils retenus pour la tâche reproductibilité o Mise en place d’une grille d’analyse à partir de la comparaison de ces outils et identification d’aspects importants Puis cinq parties présentent des tests de reproductibilité sur des cas simples avec : o Test sur plusieurs utilisateurs et 1 seul outil o Test sur 2 outils en comparaison de variantes (objectif d’éco‐conception)  Ashrae V1 (bâtiments à forte consommation énergétique)  Ashrae V1 optimisation énergétique  Ashrae V2 (bâtiments de type « basse consommation ») o Test sur 2 outils7 en évaluation de performances environnementales (analyses de sensibilité sur les résultats8) Enfin, une dernière partie présente des éléments de recommandations pour les utilisateurs et pour les développeurs d’outils ACV bâtiment en partie liées aux résultats des tests de reproductibilité et de la grille de comparaison (cf. première partie) 6
Cette ACV de bâtiment a été limitée au contributeur « composant ».
Suite à des problèmes opérationnels (champ de l’étude limité au contributeur COMPOSANT), il a été convenu
de réaliser le cas simple sur l’outil permettant de renseigner de nouvelles données ACV (ELODIE) mais la
démarche reste similaire à une comparaison d’outils.
8
Ce rapport présente une étude de sensibilité sur le contributeur « composant » uniquement. Il pourra
également être envisagé une étude de sensibilité sur le contributeur « énergie » dans une nouvelle version de
ce livrable.
7
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BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Livrable final Contribution au livrable de la tâche 2 : rapport méthodologique sur l’application de l’ACV aux bâtiments (dont Règles de bonnes pratiques pour l’application de l’ACV aux bâtiments). 245/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité 1
DESCRIPTION ET COMPARAISON DES OUTILS ELODIE ET NOVAEQUER
La description des outils s’appuie sur une analyse des versions novaEQUER 0.48.1.4 et ELODIE V2.0.004. Même si les outils sont toujours en cours de développement, il est utile, pour améliorer la reproductibilité des résultats de faire un diagnostic précis et complet dans la tâche méthodologie du projet Benefis. Ce diagnostic permet également de dégager des aspects importants pour la reproductibilité qui seront ensuite « testés » sur des cas simples (cf. partie suivante). Dans un premier temps, les outils sont décrits pour les contributeurs consommation d’énergie et composants (produits et équipements) suivant trois aspects : 


les données d’entrée les méthodologies de calcul les résultats de sortie Puis, pour mieux comprendre les problèmes de reproductibilité entre utilisateurs et entre outils, des points de comparaison sont définis pour positionner les outils point par point selon: 


La ou les base(s) de données amont utilisée(s) Le cœur de calcul de l’outil : o Les bases de données intégrées aux logiciels9 o Les hypothèses de calcul du contributeur « composant » o Les hypothèses de calcul du contributeur « énergie » o Le lien entre les calculs thermiques et l’ACV L’interface utilisateur de l’outil : o Les aspects paramétrables par l’utilisateur dans l’interface de l’outil o L’accompagnement de l’utilisateur dans la modélisation (boîte de dialogue, alerte visuelle etc.) Le lecteur intéressé par la consultation des guides méthodologiques complets de chaque outil (novaEQUER et ELODIE) est renvoyé vers un document complémentaire du projet BENEFIS (en cours de réalisation). 9
Etant donné qu’il peut exister des différences sur le nombre de données ou les hypothèses de calcul entre les
données amont provenant de bases de données ACV et les bases intégrés aux logiciels, il semble utile de
distinguer ces deux aspects.
246/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité 1.1. Description de l’outil ELODIE version V2.0.004
ELODIE V2 est l’outil d’analyse de cycle de vie des bâtiments développé par le CSTB depuis 2008. La version d’ELODIE disponible depuis mars 2010 est un outil support à l’expérimentation HQE performance et au développement des certifications environnementales de bâtiment. Il peut être utilisé également comme outil d’aide à la conception (comparaison de variantes par exemple). Il présente les résultats des indicateurs environnementaux proposés par les normes NF P01‐010 et XP P01‐020‐3. Il est en cours de reconnaissance par la certification BREEAM. ELODIE V2 est un outil à interface web (www.elodie‐cstb.fr). Dans cette partie, seuls les principes de calcul sont présentés ainsi que des captures d’écran sur les entrées et les sorties de l’outil. Le lecteur intéressé peut se référer au guide méthodologique (ELODIE, 2012). 1.1.1 Description des données d’entrée d’ELODIE V2
ELODIE V2 fonctionne sur le principe des contributeurs présentés dans la norme XP P01‐020‐3. Les contributeurs principaux pris en compte par ELODIE V2 sont les suivants : -
-
Le contributeur « Composant » : produits de construction et équipements (ELODIE V2 est couplé à la base INIES et contient également sa propre bibliothèque de composants), Le contributeur « Energie » : consommations d’énergie pendant la vie en œuvre (ELODIE V2 exploite les sorties des outils de simulation thermique) et consommations d’énergie hors réglementation, Le contributeur « Eau » : consommations d’eau pendant la vie en œuvre, Le contributeur « Déplacement » : transports des occupants du bâtiment, Le contributeur « Chantier » : impacts des systèmes communs à plusieurs composants et non pris en compte dans les déclarations environnementales des composants, Le contributeur « Déchets » : ensemble des déchets d’activités. La Figure 11 présente l’interface ELODIE V2 et son fonctionnement par contributeurs : 247/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Figure 11 : fonctionnement par contributeur dans l'interface d'ELODIE V2
Réaliser une ACV bâtiment sous ELODIE V2 consiste à mettre en correspondance pour chaque contributeur des données relatives au projet étudié et des données environnementales. Cette section décrit les données attendues pour décrire le projet dans le cadre d’une ACV bâtiment. 1.1.1.1 Données relatives au bâtiment
Les données à renseigner obligatoirement sous ELODIE V2 sont : -
La période d’étude de référence : cette valeur est ensuite automatiquement considérée pour estimer la durée de vie programmée des bâtiments constituant le projet. La Surface Hors Œuvre Nette totale (SHON), en m². L’utilisateur doit ensuite décrire son bâtiment en renseignant le niveau de détails par exemple des éléments de construction disponibles au moment de l’étude. Il peut également décrire le bâtiment à l’aide de nomenclatures prédéfinies par exemple au format des règles d’application HQE Performance. D’autres aspects sont pris en compte et implémentés sous ELODIE V2 : -
Eléments de description physique du bâtiment : autres unités de surface (surface de plancher par exemple), durée de vie programmée (DVP), nature principale de la structure du bâtiment, type de fondations, aménagements extérieurs… - Eléments de description de l’usage : nombre d’occupants, type d’usage, type d’occupation, durée d’occupation du bâtiment… Ces éléments pourront être utilisés comme unité de référence pour exprimer les résultats en kWh/personne. 1.1.1.2 Données relatives aux produits de construction, matériaux et équipements
Les données relatives aux produits, matériaux et équipements sont considérées via le contributeur « Composant » d’ELODIE V2. 248/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Suivant le mode d’utilisation d’ELODIE V2, le choix des données peut être : -
Entièrement libre : les frontières et le format (découpage en lots) découlent des documents utilisés par l’utilisateur d’ELODIE V2. Partiellement prédéfini : lorsque l’utilisateur utilise, par exemple, le modèle HQE Performance, le découpage en lots est imposé et une check‐list pour chaque lot lui est proposée. Essentiellement prédéfini avec des modes adaptés (en cours de développement, méthodes de calcul cf. livrable Benefis 2.2). Dans le mode étendu, l’utilisateur doit spécifier pour chaque produit de construction : -
La Durée de Vie Estimée (DVE) du produit de construction. Par défaut, c’est la Durée de Vie Typique (DVT) qui est proposée à partir des FDES. La quantité mise en œuvre, issue du métré du bâtiment, exprimée dans la même unité que celle retenue dans l'unité fonctionnelle du produit et la DVP de l’ouvrage. Une donnée environnementale choisie dans la base de données d’ELODIE V2, ou créée par l’utilisateur. Plusieurs types de données sont disponibles dans ELODIE V2 : données spécifiques issues de déclarations environnementales de type FDES individuelles fournies par les fabricants, données spécifiques/génériques issues de déclarations de type FDES collectives, données moyennes, ou données par défaut qui remplacent des valeurs environnementales spécifiques ou génériques indisponibles récupérées à partir de bases de données amont (comme Ecoinvent). La figure 12 présente l’interface ELODIE V2 pour la saisie des données relatives au contributeur « Composant » : Figure 12 : le contributeur Composant dans l'interface d'ELODIE V2
1.1.1.3 Données relatives aux consommations d’énergie
Les données relatives aux consommations d’énergie sont considérées via le contributeur « Energie » d’ELODIE V2. Il couvre l’ensemble de consommations énergétiques utilisées dans le bâtiment pendant sa vie en œuvre. 249/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité La procédure de saisie des consommations s’effectue selon les quatre étapes suivantes : -
-
-
Les consommations d’énergie sont saisies par usages10 : a minima doivent être renseignées les valeurs des consommations pour les postes réglementés RT (chauffage, refroidissement, eau chaude sanitaire, ventilation, éclairage et auxiliaires de distribution), mais l’utilisateur est libre d’élargir son étude et d’ajouter d’autres consommations hors réglementation, liées et non liées au bâti. Les types d’énergie proposés actuellement sous ELODIE sont les suivants : électricité issue du réseau, charbon, biomasse, production locale d’énergie, fioul, gaz naturel, autre. Les données de consommations sont renseignées en énergie finale (l’unité fonctionnelle des données environnementales de services est une quantité d’énergie finale « mise à disposition »). La valeur de consommation peut être renseignée en kWh/m²/an ou bien en kWh/an. Aucun calcul thermique n’est effectué sous Elodie, les données sont les résultats des logiciels de calculs RT ou de Simulations Thermiques Dynamiques (STD) calculées pour une année. L’utilisateur associe une fiche de Déclaration Environnementale de Service (DES) relative au vecteur énergétique considéré (biomasse, gaz naturel, fioul, électricité etc.). La figure 13 présente l’interface ELODIE V2 pour la saisie des données relatives au contributeur « Energie » : Figure 13 : le contributeur Energie dans l'interface d'ELODIE V2
Les impacts liés à l’utilisation et la mise à disposition des équipements permettant la production locale d’énergie sont pris en compte comme produits de construction dans le contributeur « Composant » (l’utilisation regroupe ici essentiellement l’entretien et la maintenance des équipements, les consommations étant prises en compte dans le contributeur « Energie »). 10
Il n’y a pas de chaînage automatique entre un outil de calcul thermique et ELODIE V2.
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BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité 1.1.2 Description des méthodologies de calcul d’ELODIE V2
Chaque contributeur peut être calculé d’une ou de plusieurs manières. ELODIE propose pour chacun, la possibilité de décrire les données relatives au bâtiment, qui sont à associer à des données environnementales (c’est en général le mode étendu du contributeur). 1.1.2.1 Méthodologies de calcul pour le contributeur Composant
Dans le mode étendu, pour faire le calcul des contributions des produits de construction aux impacts environnementaux de l'ouvrage, l'évaluateur a dû spécifier les DVE pour chacun des produits incorporés dans l'ouvrage (par défaut égale à la DVT), leur quantité mise en œuvre exprimée dans la même unité que celle retenue dans l'unité fonctionnelle du produit et la DVP de l’ouvrage. A partir de ces informations, ELODIE V2 calcule pour chaque produit sa contribution aux impacts environnementaux de l'ouvrage selon la méthode définie dans la norme XP P01‐020‐3, pour chacun des indicateurs de la norme NF P01‐010 (ELODIE, 2012). 1.1.2.2 Méthodologies de calcul pour le contributeur Energie
Les fiches DES relatives au vecteur énergétique considéré contiennent l’ensemble des impacts calculés selon le format de la norme NF P01‐010 (prochainement EN 15804). Ces fiches sont produites pour exprimer d’une part les impacts de la mise à disposition d’une quantité d’énergie jusqu’au site d’utilisation, et d’autre part pour exprimer les impacts liés aux procédés d’utilisation de l’énergie à l’intérieur du périmètre du bâtiment (ex : impacts liés à la combustion de gaz par une chaudière). Actuellement, les impacts sont calculés à partir de données d’Analyse de Cycle de Vie issues de bases de données génériques, à défaut de disposer de données produites par les producteurs ou distributeurs d’énergie. L’impact environnemental lié aux consommations d’énergie du bâtiment est ensuite calculé par ELODIE V2 en cohérence avec la norme XP P01‐020‐3 (ELODIE, 2012). 251/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité 1.1.3 Description des résultats de sortie d’ELODIE V2
Les résultats sont affichés directement dans l’interface web sous forme de graphiques secteurs pour chaque indicateur d’impact, et sous forme de graphiques radars pour la comparaison entre plusieurs bâtiments. ELODIE V2 offre également la possibilité de générer un rapport Excel détaillé, incluant les entrées et les sorties pour l’ensemble et par contributeur. La visualisation des résultats dans le logiciel ne permet pas la différenciation par phases de vie, cependant elle est disponible dans l’export Excel. La figure 14 présente des exemples de résultats sur l’interface web et dans le rapport Excel : Ratio entre contributeurs pour chaque indicateur d’impact Comparaison de variantes sous ELODIE V2 Export des résultats sous forme d’un rapport Excel Résultats détaillés pour chaque contributeur dans le rapport Excel Figure 14 : Sorties dans ELODIE V2
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BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité L’annexe 1 décrit les aspects et paramètres de l’interface d’ELODIE V2 qui seront ensuite regroupés dans une grille de comparaison permettant de positionner point par point les outils et ainsi mieux cerner les différences en vue des tests de reproductibilité entre plusieurs utilisateurs. 1.2 Description de l’outil novaEQUER version 0.48.1.4
1.1.1.Description des données d’entrée de novaEQUER
Les entrées sont structurées en 5 thèmes principaux : les transports, l’eau, l’énergie, les déchets, et les matériaux de construction. 1.2.1.1 Les transports
Ces aspects sont à prendre en compte si l’objectif de l’étude est par exemple de choisir entre plusieurs sites de construction, le choix ayant des implications sur les impacts liés au transport. Par contre si le site est déjà déterminé et si l’étude a pour objet l’aide à la conception du bâtiment, il ne faut pas cocher la case « prendre en compte le transport des occupants ». En fonction du type de site choisi (urbain, banlieue, rural ou isolé), des valeurs par défaut sont proposées pour les distances domicile‐travail, domicile‐transports en commun et domicile‐commerces. L’utilisateur peut entrer ses propres données. Les autres paramètres sont la présence de pistes cyclables, le pourcentage d’occupants effectuant le trajet journalier domicile‐travail, et le mode de transport en commun utilisé (train ou bus). Le modèle repose sur les hypothèses suivantes : -
-
les trajets domicile travail sont effectués 5 jours par semaine durant 47 semaines par an, les trajets domicile‐commerces sont effectués une fois par semaine pendant 47 semaines par an, si la distance domicile‐travail est inférieure ou égale à 250 m, alors ces trajets sont effectués à pieds ou à vélo, si la distance domicile‐transport en commun est supérieure à 500 m, alors les trajets domicile‐
travail sont effectués en voiture, sinon ils sont effectués en transport en commun et le trajet domicile‐transport en commun est effectué à pieds ou en vélo, si la distance domicile‐commerces est supérieure à 300 m, alors ces trajets sont effectués en voiture, sinon ils sont effectués à pieds ou à vélo. 1.2.1.2 L’eau
Les paramètres à entrer sont les suivants. -
le rendement du réseau d’eau 253/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Ce rendement est fonction des fuites dans les canalisations d’eau potable. Une valeur par défaut de 80%, correspondant à une valeur couramment constatée, est proposée. -
la consommation d’eau chaude et d’eau froide en litre par personne et par jour La consommation est ensuite calculée pour chaque zone du bâtiment en fonction du nombre d’occupant (donnée importée de la simulation thermique Pleiades+comfie), en considérant 47 semaines de présence par an. -
la présence de toilettes sèches Les toilettes à compost réduisent les rejets de matière contribuant à l’eutrophisation et les consommations d’eau. 1.2.1.3 L’énergie
L’utilisateur doit choisir le type d’énergie (gaz, fuel, électricité, bois ou chauffage urbain) pour le chauffage et l’eau chaude sanitaire. Si le gaz, le bois ou le chauffage urbain ont été sélectionné, l’utilisateur peut alors indiquer s’il y a un système de cogénération, et les rendements correspondants (des valeurs par défaut sont proposées). Les besoins de chauffage et de climatisation calculés par Pleiades+comfie sont pris en compte. Les données d’ICV concernant la fabrication et l’utilisation des équipements, même si elles sont génériques, correspondent à un type d’équipement déterminé (par exemple une chaudière gaz à condensation de rendement donné). En phase amont d’un projet, ce type de donnée n’est pas disponible. On considère alors des impacts moyens par kWh de chauffage gaz, bois ou fuel, incluant l’amortissement de l’équipement sur sa durée de vie (l’objectif étant de réduire les impacts sur l’ensemble du cycle de vie du bâtiment étudié). Pour affiner l’analyse en conception plus détaillée, un travail est en cours pour renseigner le type d’équipement de manière plus détaillée. Les pertes du réseau et le mix de production (% d’origine nucléaire, hydraulique, thermique) doivent être renseignés pour la production d’électricité, des valeurs par défaut étant proposées. Ce mix est différent en base et en chauffage : en effet le chauffage induit des pointes de consommation d’hiver, assurées en partie par des centrales thermiques alors que l’électricité en base est produite très majoritairement par la filière nucléaire (en France). L’utilisateur peut modifier le mix, par exemple en fonction du pays dans lequel est situé le projet ou du fournisseur d’énergie. Un modèle dynamique est en cours de développement afin d’évaluer le mix de production au cours du temps de manière plus précise. Un mix de production de chaleur et des pertes constituent également des entrées si le chauffage urbain est choisi. Les apports internes définis dans Pleiades+comfie sont considérés par défaut comme des consommations d’électricité. Seulement une partie de la consommation contribue au chauffage des locaux : par exemple l’électricité consommée pour chauffer l’eau dans un lave‐linge ne sert pas au chauffage car l’eau chaude est ensuite évacuée. Des consommations supplémentaires en gaz et en électricité, non prises en compte dans l’analyse thermique, peuvent alors être entrées en Wh par personne et par jour pour l’analyse de cycle de vie (on considère 47 semaines de présence dans le bâtiment). 254/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité 1.2.1.4 Les déchets d’activité
Les paramètres à entrer sont les suivants : -
-
existence d’une collecte sélective du verre et du papier et % de tri pour ces deux types de déchets, pour les déchets non triés, % de déchets incinérés, existence d’une valorisation énergétique et dans le cas d’une valorisation, rendement de cette valorisation (une valeur par défaut de 85% est proposée) et énergie substituée (le chauffage par réseau de chaleur peut substituer du gaz ou du fuel), production de déchets en grammes par jour et par personne (on considère 47 semaines de présence dans le bâtiment), distance du bâtiment à la décharge, à l’incinérateur et à l’usine de recyclage (moyenne entre verre et papier), des valeurs par défaut sont proposées. La composition des déchets ménagers considérée par défaut est la suivante : Papier : 30%, « fines » : 10%, métaux : 6%, organiques : 25%, plastiques : 10%, textiles : 2%, toxiques : 0%, verre : 12%, autres : 5% 1.2.1.5 Les matériaux et composants de construction
Les impacts liés à la fabrication des matériaux et composants de construction sont issus de bases de données. La base Ecoinvent11 fournit des données génériques, adaptées aux études en phases amont des projets, la version 3 fournit également des données spécifiques. Les inventaires fournis par cette base comportent plus d’un millier de flux élémentaires, ce qui permet d’évaluer des indicateurs orientés dommages concernant la santé et la biodiversité. Les données sont vérifiées par un comité éditorial international et des rapports détaillés précisent les principales hypothèses et décrivent les systèmes considérés. La structuration de cette base facilite son actualisation. La base FDES comporte des données spécifiques au contexte français, mais le moindre nombre de flux dans certaines fiches rend plus imprécise l’évaluation d’indicateurs de santé et de biodiversité. Etant donnée la complexité de l’élaboration de données d’ICV, la possibilité d’entrer leurs propres données n’est pas laissée aux utilisateurs, car il serait très difficile d’assurer la cohérence entre des données provenant de différentes sources. L’utilisateur choisit donc une base de données (Ecoinvent ou FDES), et les ICV considérés pour l’ensemble des composants et procédés mis en œuvre dans le bâtiment seront issus de cette base, de manière à assurer le plus d’homogénéité possible dans l’évaluation : ceci est essentiel si des comparaisons entre différents matériaux ou produits doivent être effectuées. En général, le nom des matériaux et composants donné dans Pleiades+comfie (nommé « nom‐
utilisateur » dans la suite de ce texte) ne correspond pas à celui de la base de données sur le cycle de vie des produits (nommé « nom‐ACV »). Il faut alors établir une correspondance entre le « nom‐utilisateur » et le « nom‐ACV ». Une fenêtre s’ouvre et le nom du matériau le plus proche du nom utilisateur doit être 11
www.ecoinvent.org
255/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité sélectionné, à la fois pour la fabrication et pour le traitement en fin de vie (incinération et mise en décharge). Par exemple, si le nom utilisateur est « béton lourd », une correspondance peut être établie avec « béton B25 » de la base de données. Il est possible de simplifier l’analyse en considérant que tous les matériaux sont considérés comme déchets inertes en fin de vie, ce qui évite d’établir des correspondances pour l’incinération et la mise en décharge. Les correspondances peuvent être mémorisées pour les projets ultérieurs. Les autres données sont : le % de surplus considéré lors du chantier ; il s’agit d’estimer la quantité de matériau non utilisée (par exemple le béton d’une bétonnière n’a pas été totalement utilisé), les matériaux cassés (briques…), les chutes (isolation…), la distance moyenne de transport des matériaux et composants entre le lieu de fabrication et le chantier, et entre le chantier et le site de traitement en fin de vie (des valeurs par défaut sont proposées et dans cette interface simplifiée, le transport est supposé effectué par la route –les impacts sont beaucoup plus faibles pour un transport par rail ou par bateau‐), la durée de vie des « vitrages » (fenêtres, portes…) et des revêtements (murs, sols et plafonds), celle des autres composants étant considérée comme égale à la durée d’analyse considérée pour l’ensemble de l’ouvrage. -
-
-
Avant de lancer la simulation dans la fenêtre de calcul, il faut préciser la durée sur laquelle est
effectuée l’analyse, par exemple 80 ans.
1.2.2 Description des méthodologies de calcul de novaEQUER
EQUER est un outil de simulation adapté en premier lieu aux phases amont, durant lesquelles les décisions ont le plus d’influence sur la performance environnementale. Cet outil permet de modéliser la construction, l’utilisation, le renouvellement des composants et la déconstruction d’un bâtiment, en tenant compte de la réutilisation et du recyclage éventuels de certains produits. Le chaînage à un modeleur graphique, Alcyone, facilite les comparaisons de variantes ce qui constitue ainsi une aide à la décision. Les calculs sont basés sur la simulation numérique, pour représenter la réalité de manière plus précise. Un chaînage a été réalisé avec un outil de simulation thermique, COMFIE12 selon une approche issue de la recherche sur l’échange de données informatiques (norme STEP13). Ceci établit le lien entre l'analyse énergétique et l'analyse environnementale. La plupart des composants de construction ont une influence sur les besoins énergétiques des bâtiments (isolation thermique, inertie thermique des structures, propriétés optiques des revêtements, apports solaires par les vitrages…). Une comparaison en analyse de cycle de vie considérant une consommation énergétique égale est donc le plus souvent erronée (même à déperditions constantes). L'énergie ne concerne pas que le chauffage ou l'éclairage : l'énergie récupérée dans un incinérateur couplé à un réseau de chaleur est prise en compte, ainsi que l'énergie nécessaire au transport généré par le bâtiment ou à l'alimentation en eau potable. 12
Bruno Peuportier et Isabelle Blanc-Sommereux, Simulation tool with its expert interface for the thermal
design of multizone buildings, International Journal of Solar Energy, 1990 vol. 8 pp 109-120
13
Bo-Christer Björk et Jeff Wix, An introduction to STEP, VTT (Technical research centre of Finland) and Wix
McLelland Ltd, 1991
256/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Définition de l'unité fonctionnelle Nous considérons un bâtiment entier, dans une région donnée, sur une durée de vie fixée selon un usage donné (logement, tertiaire...), avec un certain nombre d'occupants. Ce bâtiment doit remplir certaines fonctions, en particulier il doit être confortable et sain. La durée d’analyse peut être fixée par l’utilisateur selon le contexte. Une valeur par défaut de 80 ans est proposée. Limites du système Outre le bâtiment, nous pouvons inclure les impacts induits par la fourniture d'énergie et d'eau, le traitement de l'eau et des déchets ainsi que le transport des matériaux et des personnes. De plus, nous prenons en compte les infrastructures de production d'énergie et de traitement de l'eau, car ces procédés peuvent être localisés dans le bâtiment lui‐même, contrairement aux cas des infrastructures pour la fabrication des matériaux et le traitement des déchets. Par exemple, les impacts liés à la fabrication d’une citerne recueillant les eaux pluviales ou d’un capteur solaire photovoltaïque sont pris en compte si ces composants sont inclus dans le bâtiment. Pour être homogène, il est donc logique de prendre également en compte les infrastructures de production d’électricité du réseau, ou de production d’eau potable. Les limites du système dépendent de l’objectif de l’étude. Si l'objectif est de comparer différents sites pour une construction, il convient d'inclure les transports (par exemple domicile‐travail), la gestion des déchets ménagers, les réseaux d'énergie (électricité, gaz, éventuellement chaleur...) et d'eau. Si l'étude se restreint à l'enveloppe et aux équipements du bâtiment, le transport des personnes peut être négligé si toutes les variantes comparées sont équivalentes de ce point de vue. 1.2.2.1 Modélisation du bâtiment
Diverses possibilités existent pour la description d'un bâtiment. Un groupe de travail étudie au sein de l'ISO une modélisation généraliste des bâtiments dans le cadre de la norme STEP. Certains éditeurs d’outils de CAO proposent des modèles orientés objets facilitant le chaînage avec des outils d’évaluation technique, en particulier au sein de l’Alliance Internationale pour l’Interopérabilité avec les classes d’objets IFCs (“ Industry Foundation Classes14 ”). Nous suivons ces évolutions afin de garder pour l’avenir la possibilité de chaînages avec des outils de CAO et d’autres outils techniques (thermique, acoustique, 14
Patrice Poyet et Jean-Luc Monceyron, Les classes d’objets IFCs, finalités et mode d’emploi, Les Cahiers du
CSTB, n°2986, octobre 1997
257/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité éclairage...). Mais comme aucun modèle standard n’est apparu pour le moment, nous avons élaboré un modèle adapté à l’ACV15, en distinguant : -
les objets fabriqués en usine : produits (par exemple les briques, les parpaings...) et composants (blocs baies, murs sandwich...) ; les objets construits sur site ‐ les sous‐systèmes (murs, pièces...), et le bâtiment lui‐même ; le chantier (construction, rénovation ou démolition). A chaque objet sont associés des procédés (transport, mise en œuvre, fonctionnement et maintenance, déconstruction) et un “ inventaire ” contenant l’ensemble des flux élémentaires associés : les ressources puisées dans l’environnement et les émissions générées. Une description précise de ce modèle est donnée par Bernd Polster16. Le modèle global comporte ainsi des entités correspondant aux objets techniques du bâtiment (matériaux, composants...), aux procédés (transport, processus énergétique, utilisation de l'eau, gestion des déchets...), au site (qualité de l'air ambiant, tri sélectif, transports collectifs...) et aux indicateurs environnementaux (inventaires, compteurs d'énergie et d'eau...). Une description complète des structures de données correspondantes a été établie sous les formalismes définis dans STEP, en particulier EXPRESS (cf. figure suivante). Les objets sont regroupés dans des classes. Des sous‐classes ont été définies pour permettre l'héritage de données ou de méthodes. Une classe très générale, "élément", contient la notion d'inventaire et certaines méthodes de comptabilité des impacts, communes à toutes les entités. La sous‐classe des produits représente les constituants de base, qui ne peuvent pas être décomposés en sous‐ensembles. Il s'agit par exemple des matériaux de base, utilisés pour la maçonnerie, les revêtements de murs, etc. La sous‐classe des composants correspond à des objets fabriqués, en industrie ou sur place, par combinaison d'éléments plus simples. Elle comprend des objets comme les baies vitrées ou les protections solaires. Ces objets sont définis par leurs constituants de base, par des procédés (construction, démontage, recyclage partiel...). La sous‐classe des sous‐systèmes représente des objets plus complexes, formés de produits et/ou de composants, comme les parois ou les fondations. La notion de zone thermique est introduite pour faire le lien avec l'analyse énergétique. A une zone sont associées les consommations d'énergie, d'eau, la gestion des déchets ménagers. Enfin, le bâtiment et le chantier sont deux autres sous‐classes comportant, outre leurs constituants, des données supplémentaires (occupation du sol, sources de bruit, processus spécifiques, etc.). 15
Bruno Peuportier, Bernd Polster and Isabelle Blanc Sommereux, Development of an object oriented model for
the assessment of the environmental quality of buildings, First International Conference "Buildings and the
environment", CIB, Watford, may 1994
16
Bernd Polster , Contribution à l’étude de l’impact environnemental des bâtiments par analyse du cycle de vie, thèse de doctorat, Ecole des
Mines de Paris, 1995
258/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Modèle de bâtiment, structuration des données Une telle structuration en objets facilite le chaînage avec la simulation thermique et les bases de données. 1.2.2.2 Recueil des données
Un recensement des données disponibles sous forme d'inventaires a été effectué pour les matériaux de construction, l'énergie (kWh électrique, kWh thermique en sortie de chaudière...), les transports (tonne‐km camion, personne‐km en voiture individuelle...), les déchets (incinérateur avec ou sans récupération de chaleur et/ou production d’électricité) et l’assainissement des eaux usées. Certaines données manquent dans la base d’EQUER, en particulier sur la fabrication de certains composants et le traitement de certains déchets. Les inventaires des procédés prennent en compte les phases amont éventuelles : par exemple dans l’inventaire du kWh utile fourni par une chaudière à gaz, l’extraction et la distribution du gaz sont considérées. Les impacts liés aux infrastructures sont comptabilisés s’ils sont importants. Par exemple, les inventaires de transport tiennent compte de la construction et de l’entretien des réseaux, alors que les impacts de la construction des usines de fabrication des matériaux et composants sont considérés comme négligeables. Les déchets ménagers peuvent être recyclés ou incinérés, avec ou sans récupération de chaleur. Les impacts correspondants sont calculés en fonction de données fournies par l’utilisateur (rendement de la valorisation énergétique, énergie substituée...). 259/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Les inventaires utilisés par le logiciel EQUER sont issus de bases de données, en particulier Ecoinvent. Mais il n’est pas possible d’utiliser, pour un même calcul ou une comparaison, des données issues de bases différentes : ceci induirait un biais lié aux différences méthodologiques entre les bases. Les inventaires se présentent sous la forme de fichiers Excel dans lesquels chaque colonne contient les flux élémentaires correspondant à un procédé (fabrication d'un matériau, procédé énergétique...). Le nombre important de ces flux (environ 1000 pour ecoinvent, au moins 168 pour les FDES) rend la manipulation de ces fichiers très lourde. Pour simplifier leur utilisation, nous passons par un stade intermédiaire dans lequel les inventaires sont stockés sous forme agrégée. Cette agrégation a pour but de condenser les informations en les regroupant par thèmes auxquels correspondent des indicateurs environnementaux. Nous en considérons 12 pour l’instant (cf. le tableau suivant). Indicateurs environnementaux considérés dans EQUER Unité 1.2.2.2.1.1 Indicateur environnemental
Référence Demande cumulative d’énergie
GJ
[Frischknecht, 2007]17
Eau utilisée
m3
[Frischknecht, 2007]
Epuisement des ressources abiotiques Kg antimoine eq.
[Guinee, 2001]18
Déchets produits
t
[Frischknecht, 2007]
Déchets radioactifs
dm3
[Frischknecht, 2007]
Effet de serre (100 ans)
t CO2 eq.
[Forster, 2007]19
Acidification
kg SO2 eq.
[Guinee, 2001]
Eutrophisation
kgPO43- eq.
[Guinee, 2001]
Dommage à la biodiversité
PDF*m2.an
[Goedkoop, 2001]20
Dommage à la santé
DALY
[Goedkoop, 2001]
Production d’ozone photochimique
kg C2H4 eq.
[Guinee, 2001]
Odeur
m3 air
[Guinee, 2001]
17
Frischknecht R., Jungbluth N., Althaus H-J., Doka G., Dones R., Heck T., Hellweg S., Hischier R., Nemecek T.,
Rebitzer G., Spielmann M., et Wernet G., Overview and Methodology: ecoinvent report No. 1. ,
www.ecoinvent.ch, Dübendorf: Swiss Centre for Life Cycle Inventories, 2007
18
Guinée J. B., (final editor), Gorrée M., Heijungs R., Huppes G., Kleijn R., de Koning A., van Oers L., Wegener
Sleeswijk A., Suh S., Udo de Haes H. A., de Bruijn H., van Duin R., Huijbregts M. A. J., Lindeijer E., Roorda A. A.
H., Weidema B. P. : Life cycle assessment; An operational guide to the ISO standards; Ministry of Housing,
Spatial Planning and Environment (VROM) and Centre of Environmental Science (CML), Den Haag and Leiden,
The Netherlands, 2001
19
Forster, P.M., Changes in Atmospheric Constituents and in Radiative Forcing, In: Solomon, S., D. Qin, M.
Manning, Z. Chen, M. Marquis, K.B. Averyt, M.Tignor and H.L. Miller (ed), Climate Change 2007: The Physical
Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel
on Climate Change, Cambridge University Press, 2007
20
Goedkoop M.J. et Spriemsma R., The Eco-Indicator 99, A dammage oriented method for life cycle impact
assessment, methodology report, methodology annex, manual for designers, Amersfoort, juin 2001
260/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité 1.2.2.3 Précisions sur les calculs
a/ Le transport des produits
L'approche généralement utilisée pour le transport dans l'ACV est basée sur le poids d'une marchandise transportée en ignorant son volume. L'inventaire d'un moyen de transport se réfère dans ce cas à un "tonne‐kilomètre". On calcule les nuisances liées au transport d'une marchandise en multipliant son poids avec la distance parcourue et avec l'inventaire du moyen de transport (en tonne‐kilomètre). Les inventaires de la base Ecoinvent tiennent déjà compte des taux de charges. Le taux de charge est défini comme le ratio entre la charge effective et la charge maximale qu'un véhicule peut transporter. C'est une moyenne sur la distance totale parcourue qui tient compte des retours vides. Le tableau suivant montre des taux de charges pour différents moyens de transport (base Ecoinvent). Pour le transport ferroviaire, la consommation d'énergie et les émissions sont rapportées dans l'étude aux tonnes kilomètres bruts (multiplication des kilomètres effectués avec le poids des trains et des biens transportés), et pas au taux de charge. Par conséquent, la relation entre poids brut et poids net est déterminante, pas le ratio entre la charge effective et la charge maximale. Fritsche et al.21 considèrent que le taux de charge pour le transport ferroviaire est de 50 à 56 %. Les taux de charges par moyen de transport moyen de transport taux de charge camionnette (jusqu'à 3.5 tonnes de charge) 50 % camion entre 3.5 et 16 tonnes de charge 50 % camion entre 16 et 28 tonnes de charge 50 % camion entre 28 et 40 tonnes de charge 50 % bateau de haute mer 65 % bateau fluvial 70 % L'étude citée a relevé que les effets indirects (construction et entretien des réseaux) ne peuvent pas être négligés pour le transport. Mais l'étude se limite à l'approche par tonne‐kilomètre. Or la densité des composants transportés peut beaucoup varier (par exemple entre un isolant thermique et des briques), par conséquent nous considérons que l'approche par tonne‐kilomètre n'est pas adaptée au secteur du 21
U. Fritsche et al., "Gesamt-Emissions-Modell Integrierter Systeme (GEMIS), Version 2.1, Erweiterter
Endbericht", Darmstadt, 1994.
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BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité bâtiment. Nous proposons plutôt une approche basée sur la charge d'un moyen de transport. Cette charge représente, selon la densité de la marchandise transportée, soit le poids soit le volume pouvant être transporté. Les inventaires pour le transport sur un kilomètre correspondent à une charge pleine. La partie attribuée au bâtiment est déterminée par la relation entre le poids ou le volume de la marchandise et la charge pleine du moyen de transport : en fonction de la densité du matériau transporté, soit le volume soit la charge maximale du camion sera atteinte et la charge considérée dans le calcul est la valeur maximale entre la charge massique et la charge volumique. b/Le recyclage
Si la collecte et le transport ne génèrent pas d'impact trop important, le recyclage des produits mène à une réduction des impacts environnementaux, concernant par exemple l'utilisation de ressources ou la création de déchets. En effet, par rapport à un procédé de fabrication le procédé de recyclage d'un produit consomme en général moins d'énergie et génère moins d'émissions. Par exemple, la fabrication de l'acier à partir de la ferraille nécessite approximativement la moitié de l'énergie nécessaire à sa fabrication à partir de minerai de fer [HABER92]22. Le premier procédé émet environ deux fois moins de CO2 et dégage environ 280 kg de déchets en moins par tonne d'acier comparé au procédé sans recyclage. Du minerai de fer est aussi économisé pour les générations á venir et la ferraille ne remplit pas les décharges. Le béton est un autre exemple. Le granulé, obtenu par le procédé de recyclage, peut être utilisé pour la construction de routes, ce qui évite l'utilisation d'autres ressources, telles que les granulats alluvionnaires. Ces deux exemples illustrent deux aspects différents du recyclage pour les matériaux de construction. L'acier est un exemple pour le recyclage en boucle fermée tandis que le béton est un exemple pour le recyclage en boucle ouverte. Dans le deuxième cas, le matériau recyclé remplace un autre matériau, ce qui a une conséquence en termes d’impacts évités. La vitre est un autre exemple permettant de distinguer les deux aspects. Si on la fondait et en refaisait une nouvelle vitre, cela serait considéré comme du recyclage en boucle fermée. Par contre, si la qualité du verre ne permet que la fabrication des bouteilles (ce qui est actuellement le cas), on parle de recyclage en boucle ouverte. La réutilisation d'un produit est traitée comme le recyclage en boucle fermée puisqu'il s’agit d’une utilisation pour le même usage. Nous comprenons par réutilisation le fait que le matériau peut être réutilisé dans le même bâtiment ou dans un autre bâtiment sans qu'il subisse de processus de transformation23. Par exemple, la vitre d'une fenêtre peut être réutilisée après la fin de la durée de vie de la fenêtre dans une nouvelle fenêtre sur le même site ou dans un autre bâtiment. Dans ce cas, il y aura des impacts dus à sa réutilisation (par exemple le remplacement du mastic). Le recyclage est par contre un processus où le matériau est temporairement transformé dans un autre état (souvent fondu). Un composant avec plusieurs constituants (par exemple une fenêtre) peut être réutilisé mais pas recyclé. On ne peut recycler ses constituants qu'après le démantèlement du composant. 22
23
K. Haberstatter, "Bilan écologique des matériaux d'emballage - Etat en 1990", BUWAL, 1992.
Il peut néanmoins être nettoyé ou entretenu.
262/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Pour réduire la quantité de matières premières nécessaire à la fabrication d'un bâtiment et celle mise en décharge après la démolition, les solutions architecturales faisant appel aux matériaux et composants recyclés mais aussi permettant leur recyclage en fin de vie doivent être favorisées. Nous définissons de ce fait les exigences suivantes auxquelles le modèle du recyclage doit se conformer : 1. il doit récompenser le recyclage au début et en fin de cycle de vie d'un bâtiment ; 2. il doit éviter le déplacement de la pollution en dehors d'un bâtiment. Notre modèle est basé sur la notion d’impact évité : on évite les impacts liés à la production d’un nouvel élément, notés In, et au traitement en fin de vie du matériau usagé. Les impacts sans recyclage peuvent être évalués par : Isans = In + i . Ii + d . Id Ii (resp. Id) correspondant aux impacts de l’incinération (resp. de la mise en décharge), i (resp. d) la proportion incinérée (resp. mise en décharge) en fin de vie. Les impacts correspondant à 100% de composant recyclé à la fois en phase de fabrication et de fin de vie correspondent au processus de recyclage (impacts notés Ir, incluant les transports induits). L’impact évité peut être exprimé de la manière suivante pour une proportion recyclée de 100% : Iévité = Isans – Ir Le recyclage peut avoir lieu en début et à la fin du cycle de vie, mais il ne faut compter qu'une seule fois l'effet positif, car il doit être réparti entre le bâtiment étudié, le bâtiment d'où provient le matériau recyclé et celui où il sera mis en œuvre. Par conséquent, il ne peut être compté qu'une seule fois si on veut éviter, selon notre deuxième exigence, le déplacement de la pollution en dehors du système d'un bâtiment. Suite à notre première exigence, nous avons décidé de partager à parts égales l'impact évité entre les deux phases concernées (fabrication, notée f et traitement en fin de vie, notée t). De ce fait, les équations suivantes sont appliquées à la phase de construction et au traitement après usage : If = In ‐ ( rf / 2 ) . Iévité It = i . Ii + d . Id ‐ ( rt / 2 ) . Iévité 263/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité rf (resp. rt) est la proportion recyclée en phase de fabrication (resp. de traitement après usage). On note que : i + d + rt =1 1.2.2.4 Normalisation d’un éco-profil
Dans les diagrammes radars utilisés pour comparer des variantes de conception, les différents indicateurs sont représentés sur une échelle unique, en valeurs relatives entre 0 et 1. Ceci permet d'éviter les très grandes disparités sur les ordres de grandeur des différents résultats. L'inconvénient est de donner la même importance aux différents indicateurs, quelle que soit la contribution du système étudié. L’étape de normalisation permet de répondre partiellement à cette question. Elle consiste à normaliser les émissions par rapport aux valeurs moyennes par habitant et par an. Par exemple, un habitant génère en moyenne en France 8 700 kg d'équivalent CO2. Un bâtiment émettant 870 tonnes sur son cycle de vie correspondrait alors à 100 eq. habitants. L'intérêt est de faire ressortir les thèmes pour lesquels la contribution du système est négligeable. Les valeurs en année‐habitant pour les différents indicateurs sont données dans le tableau suivant, qui est basé sur des données de l'IFEN, du CITEPA, de l'ANDRA, de l'ADEME et du ministère de l'Industrie. Des données issues de la bibliographie24 ont été considérées pour les indicateurs orientés dommages. TABLEAU 3.4 : IMPACTS MOYENS PAR HABITANT ET PAR AN
thème
effet de serre
Energie primaire
acidification
smog
eutrophisation
eau
déchets radioactifs
autres déchets
santé
biodiversité
unité
kg CO2
kWh
kg SO2
kg C2H4
kg PO43m3
dm3
kg éq,
DALY
PDF.m2.an
Année-habitant
8680
48670
62,3
19,7
38,1
339
0,51
10400
0.0068
13 700
1.2.2.5 Développement du logiciel
La description d'un bâtiment s'effectue à partir des logiciels ALCYONE et PLEIADES+COMFIE25. Pour effectuer l’analyse de cycle de vie d’un projet de bâtiment avec EQUER, il faut au préalable avoir effectué une simulation thermique par PLEIADES+COMFIE. En chargeant le projet sous EQUER, les consommations de chauffage (éventuellement de climatisation) calculées par PLEIADES+COMFIE sont transmises à EQUER, ainsi que toutes les données d’entrée nécessaires aux calculs thermiques comme la géométrie de l’enveloppe et sa constitution. Des variables supplémentaires sont demandées (cf. § précédent) : consommation d’eau, gestion des déchets ménagers (tri du verre, du papier, mise en décharge ou 24
Jolliet Olivier, Saadé Myriam et Crettaz Pierre, Analyse du cycle de vie, comprendre et réaliser un écobilan
Presses Polytechniques et Universitaires Romandes, Lausanne, 2005
25
cf. http://www.izuba.fr
264/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité incinération, éventuellement avec récupération d’énergie) et, si l’application le nécessite, distances de transport (domicile‐travail, domicile‐commerces...). Des valeurs par défaut permettent d'éviter la saisie de trop nombreux paramètres. Il s'agit par exemple de la consommation d'eau chaude et froide par personne selon le type de bâtiment (logement, tertiaire...), de la température d'eau chaude désirée, de la température d'eau froide en fonction de la latitude. Des valeurs par défaut sont définies de même dans les autres domaines (distances de transport vers le travail et les commerces en fonction du site ‐ urbain, banlieue, rural, isolé ‐, mode de transport, etc.). La structure de données EQUER est alors constituée dans un fichier type STEP, où les valeurs des paramètres peuvent être modifiées si elles sont différentes des valeurs par défaut. A partir de ce fichier est créée automatiquement une structure d'objets représentant le bâtiment. Le calcul des impacts peut alors être effectué grâce aux méthodes associées à chaque objet, selon les procédures de simulation présentées dans la figure suivante. Le bâtiment est simulé sur la phase d'utilisation avec un pas de temps d'un an. Le remplacement des composants et/ou de leurs constituants éventuels est effectué automatiquement grâce à des compteurs d'âge inclus dans les objets. Simulation du cycle de vie (pas de temps : un an)
1.2.2.5. Description de l’interface utilisateur de novaEQUER
Le projet est d’abord décrit dans le modeleur graphique Alcyone. 265/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Saisie graphique 2D‐3D du projet, modeleur graphique Alcyone Les compositions des parois et autres choix techniques (baies, revêtements…) sont également définis, dans Alcyone ou dans le simulateur thermique Pleiades+Comfie. Les données sont transmises à Equer, ce qui permet d’établir les quantitatifs des différents éléments. Ces quantitatifs sont explicités dans l’interface de NovaEquer, qui permet d’ajouter des composants non pris en compte en thermique (par exemple des fondations). 266/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité NovaEquer permet de plus de décrire un projet de quartier, intégrant plusieurs types de bâtiments, des espaces publics et des réseaux. Ci‐dessous une fenêtre décrivant un espace public, et permettant de définir la composition d’une voirie intégrant plusieurs couches de matériaux. 267/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Les entrées supplémentaires à renseigner dans Equer sont structurées en 5 thèmes principaux : les transports, l’eau, l’énergie, les déchets, et les matériaux de construction. A chaque thème correspond une fenêtre de saisie. 1.2.2.6 Les transports
268/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité 1.2.2.7 L’eau
269/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité 1.2.2.8 L’énergie
1.2.2.9 Les déchets
270/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 1.2.2.10
Tâche 2.3 Reproductibilité Les matériaux et composants de construction
271/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Les indicateurs environnementaux peuvent être visualisés en cliquant sur chaque matériau ou procédé (cf. le graphe suivant). 1.2.3 Description des résultats de sortie de novaEQUER
1.2.3.1 Les sorties
Les résultats du logiciel sont présentés sous la forme d’une synthèse incluant les 12 indicateurs décrits précédemment pour les 4 phases du projet : la construction (extraction et transport des matières premières, fabrication et transport des matériaux, chantier), l’utilisation (chauffage, climatisation éventuelle, éclairage et autres usages de l’électricité, production d’eau chaude et froide, traitement de l’eau, production des emballages et traitement des déchets ménagers, éventuellement transports des occupants), la rénovation (dépose et traitement des composants en fin de vie, fabrication, transport et pose des nouveaux produits), la démolition (chantier, transport et traitement des déchets). Des graphes peuvent alors être générés, par exemple par indicateur sur les différentes phases du cycle de vie (cf. graphe ci‐dessous). 272/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Il est également possible de comparer des variantes sur un diagramme radar : chaque axe correspond à un indicateur. Le premier projet choisi est considéré comme référence, et les valeurs obtenues pour les autres variantes comparées sont représentées sur le graphe en valeurs relatives par rapport à la référence (cf. image suivante). 273/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Le graphe suivant montre un éco profil après normalisation. L’interface de NovaEquer permet de générer un rapport d’étude incluant les entrées et les sorties, à l’échelle du bâtiment ou du quartier. L’annexe 2 décrit les aspects et paramètres de l’interface du logiciel novaEQUER qui seront ensuite regroupés dans une grille de comparaison permettant de positionner point par point les outils et ainsi mieux cerner les différences en vue des tests de reproductibilité entre plusieurs utilisateurs. 274/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité 1.3 Mise en place d’une grille de comparaison des logiciels d’ACV bâtiment
Dans les parties précédentes, la présentation séparée des deux outils ELODIE et novaEQUER a permis de rappeler la philosophie de chaque outil, les origines de son développement et les principaux champs d’application. De plus, les principales sources de données, les règles de calcul et les sorties de résultats (interfaces) ont également été rappelés. Cependant, il reste difficile en l’état d’avoir une grille de lecture claire, précise et approfondie sur les points de comparaison entre outils. Or, la mise en place de recommandations pour améliorer la reproductibilité nécessite de réaliser un diagnostic précis et structuré. Il est donc apparu nécessaire de compléter la description des outils avec la mise en place d’une grille de comparaison. 1.3.1 Démarche de travail
La démarche de travail reprend les principes de précédents travaux en ACV dédiés à la comparaison de programmes de déclarations environnementales de produits (EPD) à l’échelle internationale (Subramanian et al, 2012). Il s’agit de définir des critères de comparaison communs entre les outils puis de décrire chaque aspect pour chaque outil. Ce diagnostic permettra de mieux définir et interpréter les résultats des tests de reproductibilité sur des cas simples (cf. partie 4) et contribuera à la mise en place de recommandations pour faire converger les hypothèses entre utilisateurs et entre logiciels (cf. partie 5). Une analyse détaillée des dernières versions des outils novaEQUER26 et ELODIE V227 a été réalisée en mars 2013 pour identifier a priori les aspects potentiellement bloquants pour atteindre un bon niveau de reproductibilité. Les outils ont été décrits sur la base de leur manuel, guide méthodologique et interface utilisateur synthétisés dans les parties 0 et 1.2. La grille d’analyse a été structurée par thématique pour classer les aspects identifiés. Plusieurs caractéristiques communes aux outils d’ACV bâtiment ont alors été définies à savoir : 


La ou les base(s) de données amont utilisée(s) (p. ex. INIES ou Ecoinvent) Le cœur de calcul de l’outil : o Les bases de données intégrées aux logiciels28 o Les hypothèses de calcul du contributeur « composant » o Les hypothèses de calcul du contributeur « énergie » o Le lien entre les calculs thermiques et l’ACV L’interface utilisateur de l’outil : o Les aspects paramétrables par l’utilisateur dans l’interface de l’outil o L’accompagnement de l’utilisateur dans la modélisation (boîte de dialogue, alerte visuelle etc.) Pour chaque thématique, les aspects ont ensuite été classés soit: 26
Version 0.48.0.0 (consulté le 08-02-2013)
Version 2 (consulté le 01-03-2013)
28
Etant donné qu’il peut exister des différences sur le nombre de données ou les hypothèses de calcul entre les
données amont provenant de bases de données ACV et les bases intégrés aux logiciels, il semble utile de
distinguer ces deux aspects.
27
275/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité 

Par étape de l’ACV (d’après les normes ISO 14040-44),
Par phase du cycle de vie d’un bâtiment au format de la nouvelle norme européenne EN
1597829,
 Par source d’impact ou contributeur (voir figure suivante),
Par étape de réalisation de l’étude par le praticien (modélisation du bâtiment à partir des métrés, hypothèses de calcul du logiciel, interprétation des résultats). BASES DE DONNES ACV EN AMONT DU LOGICIEL « CŒUR DE CALCUL » du LOGICIEL
BDD intégrée au C logiciel Cohérence entre calcul thermique et ACV Hypothèses contributeur « énergie » Hypothèses contributeur « composants
(produits + équipements) »
« INTERFACE UTILISATEUR » du LOGICIEL
Figure 15 : Représentation schématique des trois niveaux d’analyse des logiciels novaEQUER et ELODIE
V2
Pourquoi dans la grille d’analyse les aspects reliés aux bases de données en amont (ex. INIES, Ecoinvent) ont été séparés des aspects reliés aux bases de données intégrées aux logiciels ? Il nous a semblé intéressant de bien séparer la « responsabilité » des données, hypothèses et choix entre fournisseurs de données et développeurs d’outils d’ACV bâtiment. En effet, les données des bases de données ACV comme Ecoinvent peuvent être retraitées par les logiciels d’ACV bâtiment p. ex. sur le choix des hypothèses d’allocations d’impacts, de prise en compte du stockage de carbone, des indicateurs d’impacts. Elles ne sont donc plus strictement équivalentes. De même, un logiciel peut utiliser une partie seulement de l’ensemble de la base de données (ex. Ecoinvent, base multisectorielle) ce qui là encore crée une différence entre la base de données en amont et la base de données intégrée au logiciel. 29
NF EN 15978 :2012
276/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Pourquoi dans la grille d’analyse les aspects reliés aux « cœurs de calcul » des outils ont été séparés des aspects reliés à l’interface utilisateur ? Il semble intéressant de bien identifier comment les calculs sont effectués dans l’outil et dans le même temps d’identifier ce que peut paramétrer l’utilisateur et de quelle manière il est guidé dans ces choix. Par exemple, certaines données sur les matériaux et produits de construction peuvent être calculées sur le cycle de vie complet et dans le même temps, l’utilisateur peut ne pas pouvoir paramétrer les phases de transport, mise en œuvre, fin de vie. Il est donc utile de préciser comment sont calculées les données cycle de vie complet et d’un autre côté de préciser dans la partie interface utilisateur « aspect figé, non paramétrable ». De même, il est intéressant de savoir si l’utilisateur est guidé dans l’outil (impossibilité de lancer les calculs si un paramètre n’est pas renseigné, alertes visuelles etc.). La figure 16 présente le détail des étapes de la méthode ACV et des phases de la norme EN 15978. Etapes de l'ACV adaptées de l'ISO 14040*
Phases du cycle de vie de la norme EN 15978*
Définition des objectifs
PRODUCTION
[module A1-A3]
Définition du champ de l'étude
CONSTRUCTION
[module A4-A5]
Inventaire de cycle de vie
UTILISATION
[module B]
Evaluation des impacts
FIN DE VIE
[modules C]
Interprétation
Potentiels de récupération, récupération et
recyclage [Module D]
Communication et revue critique
Figure 16 : Classement des aspects par étapes de l’ACV et par phases du cycle de vie d’un bâtiment selon
EN 15978
277/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité La figure 17 présente les différents contributeurs de l’ACV bâtiment. Nous précisons que le classement des aspects par contributeur n’a été conduit que pour les contributeurs « composants » et « énergie » (périmètre d’étude de la tâche Reproductibilité)30. Dans le cadre du projet Benefis, le contributeur « Composant » désigne les impacts induits par les matériaux, produits de construction et équipements intégrés au bâtiment. De même, le contributeur « Energie » désigne les impacts induits par les postes règlementaires (chauffage, ventilation, refroidissement, éclairage et auxiliaires) et non règlementaires. Contributeur COMPOSANT
Impact induits par les matériaux et produits
Contributeur ENERGIE
Impact induits par les consommations d'énergie
Contributeur EAU
Impact induits par les consommations d'eau
Contributeur TRANSPORT
Impact induits par les matériaux et produits
Contributeur DECHETS
Impact induits par les déchets d'activités
Contributeur CHANTIER
Impact induits par les activités de (dé)construction
Figure 17 : Classement des aspects par contributeur de l’ACV d’un bâtiment
La figure 18 présente les grandes étapes de réalisation d’une étude ACV par un praticien (modélisation du bâtiment, hypothèses de calcul effectuées ou paramétrables et interprétation des résultats. Ce classement permet par exemple de classer les aspects de l’interface utilisateur. Etape dans la réalisation de l'étude ACV par le praticien
MODELISATION DU BÂTIMENT
(traduction des documents de métrés, plans etc.)
HYPOTHESES DE CALCUL propre au LOGICIEL
(champ de l'étude, données environnementales)
INTERPRETATION DES RESULTATS
(cohérence thermique-ACV etc.)
Figure 18 : Classement des aspects par étapes de réalisation de l’étude par le praticien
30
Etant donné que la plupart des composants ont une influence sur les consommations d’énergie, la séparation
entre contributeur composant et contributeur énergie reste artificielle. Dans ce travail, elle permet uniquement
de classer les aspects par thématique pour avoir une grille de lecture plus claire et précise.
278/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité 1.3.2 Identification d’aspects importants pour la reproductibilité à partir de
l’analyse des outils novaEQUER et ELODIE V2
Un « brainstorming » interne au projet Benefis a été réalisé sur la base du découpage ci‐dessus. Il a permis d’identifier environ 100 aspects potentiellement importants pour la reproductibilité entre outils. Les aspects ont ensuite été classés suivant les caractéristiques ci‐dessus pour mettre en évidence ce qui est du ressort du logiciel d’ACV (p. ex. « cœur de calcul » et « interface utilisateur ») de ce qui n’est pas du ressort du logiciel d’ACV comme les bases de données amont. De même, les aspects reliés à l’interface utilisateur peuvent potentiellement constituer des écueils pour la reproductibilité entre plusieurs utilisateurs sur un même outil tandis que les aspects « bases de données amont » et cœur de calcul de l’outil sont potentiellement bloquants pour la reproductibilité des résultats et des conclusions entre plusieurs outils. Ces aspects importants ont été regroupés dans un fichier EXCEL d’aide à l’analyse des outils et d’accompagnement pour le test de reproductibilité. Il comporte un onglet par caractéristique. L’ensemble des aspects et le positionnement des versions actuelles des outils novaEQUER et Elodie V2 sont présentés en détails en annexe. La figure suivante rappelle le nombre d’aspects identifiés par thématique. Nom de l'onglet (thématique)
AMONT
OUTIL
INTERFACE
Nombre d'aspects
Bases de données ACV en amont des logiciels
19
Bases de données intégrées au logiciel
24
Calcul du contributeur COMPOSANT dans le logiciel
20
Cohérence entre les calculs thermiques et ACV dans le logiciel
7
Calcul du contributeur ENERGIE dans le logiciel
8
Paramètres de l'interface utilisateur dans le logiciel
24
Accompagnement du praticien dans son étude ACV dans le logiciel
12
114
Figure 19 : Catégories définies pour le classement des aspects importants pour la reproductibilité et
nombre d’aspects identifiés
279/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité 1.3.2.1 Aspects importants pour la reproductibilité entre les outils novaEQUER et
ELODIE V2
Les questions de reproductibilité entre les outils novaEQUER et ELODIE V2 portent principalement sur les problématiques de bases de données utilisées et de méthodes de calcul de l’impact des contributeurs « composant » et « énergie ». Dans le cadre de BENEFIS, voici les aspects importants pour la reproductibilité entre outils: Les aspects importants identifiés au niveau des bases de données ACV amont sont les suivants : •
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Choix de modélisation des données (attributionnelle, conséquentielle) Flux de référence de l’unité fonctionnelle Règles de coupures ACV Prise en compte des infrastructures Frontières du système des données ACV matériaux et produits Allocations des impacts des co‐produits de fabrication Allocation des impacts du recyclage (statut du déchet et procédé de recyclage) Frontières du système pour les données ACV sur les procédés d’énergie, d’eau, de transport, de traitement des déchets Méthode de calcul des inventaires Nomenclature des flux élémentaires Type de données de premier plan sur les matériaux et produits Homogénéité et représentativité des données de premier plan Type de données de premier plan sur les matériaux et produits Type de données d’arrière‐plan sur les matériaux et produits Homogénéité et représentativité des données d’arrière‐plan Nombre d’indicateurs environnementaux pris en compte Fiabilité des données ACV Documentation des données ACV Pour chaque aspect présenté ci‐dessus, le détail du contenu des bases de données Ecoinvent v2 et INIES‐
FDES est reporté en Annexe 3 : Liste d’aspects importants pour les bases de données ACV en amont des logiciels. Les aspects importants identifiés au niveau des bases de données intégrées aux logiciels sont les suivants: •
•
•
•
•
•
•
Mise à disposition de plusieurs bases de données dans l’outil Nombre de données ACV sur les matériaux et produits (complétude) pour évaluer l’impact du contributeur « composants » Nombre de données ACV sur les procédés énergétiques pour évaluer l’impact du contributeur « énergie » Hypothèses sur les pouvoirs calorifiques (PCI, PCS) Allocation des impacts liés au recyclage et aux valorisations énergétiques Méthode de prise en compte du carbone biogénique Représentativité et cohérence méthodologique de la base de données 280/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 •
•
•
•
•
Tâche 2.3 Reproductibilité Si données génériques, règles de contextualisation des données environnementales Nombre d’indicateurs environnementaux pris en compte Nom des indicateurs environnementaux intégrés dans l’outil Méthode de calcul des indicateurs environnementaux Documentation des données ACV Pour chaque aspect présenté ci‐dessus, le détail du contenu des logiciels novaEQUER et ELODIE V2 est décrit en Annexe 4 : Liste d’aspects importants pour les bases de données intégrées au logiciel. Les aspects importants identifiés au niveau de la cohérence entre la description du bâtiment, les calculs thermique et ACV sont les suivants : •
•
•
Lien entre la description du bâtiment et l’outil ACV Méthode de calcul des consommations énergétiques en amont de l’outil ACV (4 aspects identifiés cf. livrable 2.1 Aspects énergétiques) o convention de calcul : quelles sont les données météorologiques utilisées, comment sont définis les scénarios d’occupation et le comportement des occupants ? o consommation de chauffage, refroidissement, eau chaude sanitaire, éclairage, ventilation et les consommations auxiliaires des usages précédents : comment sont‐ils modélisés ?quelles sont les données d’entrée requises et les résultats de sortie disponibles ? Lien entre l’outil de calcul des consommations énergétiques et l’outil ACV Pour chaque aspect présenté ci‐dessus, le détail du contenu des hypothèses des logiciels novaEQUER et ELODIE V2 est reporté en Annexe 7 : Liste d’aspects importants concernant le lien entre calculs énergétiques et ACV. Les aspects importants identifiés au niveau des hypothèses du contributeur « composants » sont les suivants : •
•
•
•
•
Méthode de calcul de la phase de production (5 aspects identifiés) Méthode de calcul de la phase de construction (3 aspects identifiés) Méthode de calcul de la phase d’utilisation (3 aspects identifiés) Méthode de calcul de la phase de fin de vie (4 aspects identifiés) règles de calcul des phases de transport sur chantier jusqu’à la fin de vie Pour chaque aspect présenté ci‐dessus, le détail du contenu des hypothèses des logiciels novaEQUER et ELODIE V2 est reporté en Annexe 5 : Liste d’aspects importants pour le calcul du contributeur « COMPOSANT ». 281/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Les aspects importants identifiés pour le contributeur « énergie » sont les suivants : •
Données ACV pour les procédés énergétiques (5 aspects identifiés) o Production d’électricité o Mise à disposition de l’énergie (données ACV associées aux vecteurs énergétiques) o Frontières pour les types d’énergie o Coefficients de conversion énergie primaire/énergie finale o Prise en compte de l’impact des équipements de production d’énergie [pour tous ces impacts, des éléments complémentaires sont fournis dans le livrables 2.1 Aspects énergétiques] •
Propriétés physiques des composants de construction considérés dans l’ACV o Conductivité thermique (en particulier pour les isolants) o Masse volumique et chaleur massique (en particulier pour les matériaux de structure) o Propriétés optiques (en particulier pour les revêtements de murs, sols, plafonds) o Caractéristiques des baies (déperditions, facteur solaire) et des protections solaires Méthode de calcul des impacts induits par les consommations énergétiques o Allocation de la production locale d’énergie (PLE) •
Pour chaque aspect présenté ci‐dessus, le détail du contenu des hypothèses des logiciels novaEQUER et ELODIE V2 est reporté en Annexe 6 : Liste d’aspects importants pour le calcul du contributeur « ENERGIE ». 1.3.2.2 Aspects importants pour la reproductibilité entre plusieurs utilisateurs sur un
même outil
Les aspects importants pour la reproductibilité entre plusieurs utilisateurs correspondent principalement à des problématiques d’interfaces utilisateur et d’accompagnement du praticien dans sa modélisation (alertes visuelles, guides de bonnes pratiques etc.). Le choix des aspects a été réalisé à partir d’une étude des interfaces utilisateurs de deux logiciels. Les éléments des interfaces sont présentés en annexes 1 et 2 tandis que la liste des aspects est reportée ci‐dessous : Base de données intégrée au logiciel •
•
•
•
Paramétrage par l’utilisateur des données ACV sur les matériaux et produits de construction Base de données ouverte pour l’utilisateur Mise à disposition de plusieurs bases de données Possibilité d’utilisation simultanée de plusieurs sources de données sur un même projet Contributeur « composant » 282/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 •
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Tâche 2.3 Reproductibilité Choix du périmètre d’étude pour le contributeur « composant » (périmètre des éléments pris en compte dans l’analyse) Paramétrage par l’utilisateur des distances de transport jusqu’au chantier Paramétrage par l’utilisateur des taux de chute à la mise en œuvre des composants (chantier) Paramétrage par l’utilisateur des durées de vie des composants Paramétrage par l’utilisateur des distances de transport pour l’évacuation des déchets en fin de vie Paramétrage par l’utilisateur des scénarios d’élimination des composants de fin de vie Cohérence entre calculs thermiques et ACV Découpage des résultats par lots Découpage des résultats par contributeur Découpage des résultats par phase du cycle de vie Contributeur « énergie » •
•
•
•
•
•
Source pour le calcul des consommations énergétiques Choix du périmètre d’étude pour le contributeur « énergie » o Postes énergétiques qu’il est possible de prendre en compte Caractéristiques des équipements de production d’énergie Association des données ACV sur les types d’énergie Prise en compte de l’impact des équipements de production d’énergie intégrés au bâti Interprétation des résultats pour le contributeur « énergie » Pour chaque aspect présenté ci‐dessus, le détail du contenu des interfaces « utilisateur » des logiciels novaEQUER et ELODIE V2 est reporté en annexe 8. Les aspects importants identifiés concernant l’accompagnement de l’utilisateur dans sa modélisation sont les suivants : Modélisation du bâtiment •
Accompagnement pour l’estimation et la collecte des données de métrés (type de documents ou d’interfaces utilisés dans le logiciel) •
Saisie graphique ou quantitative (métré) du projet •
Accompagnement pour s’assurer de la cohérence entre la description du bâtiment, les calculs thermiques et l’ACV Hypothèses de calcul propre au logiciel •
•
•
•
Accompagnement pour le choix du périmètre d’étude pour le contributeur «composant» Accompagnement pour la saisie de la quantité des composants Accompagnement pour le choix de la donnée environnementale associée au composant (Données environnementales prédéfinies par composant ?) Hypothèses de calcul des données visibles par l’utilisateur ? 283/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 •
•
•
Tâche 2.3 Reproductibilité Accompagnement en cas d’absence de quantité saisie pour un composant Accompagnement en cas d’absence de données environnementales associées à un composant (règles d’extrapolation des données environnementales lorsque la donnée sur un composant précis n’est pas disponible) Accompagnement pour le choix de la durée de vie des composants Pour chaque aspect présenté ci‐dessus, le détail du contenu des interfaces « utilisateur » des logiciels novaEQUER et ELODIE V2 est reporté en Annexe 9 : Liste d’aspects importants concernant l’accompagnement du praticien au cours de la modélisation. 2
TESTS DE REPRODUCTIBILITE SUR DES CAS SIMPLES : UN OUTIL,
PLUSIEURS UTILISATEURS
Dans cette partie, nous souhaitons réaliser des tests de reproductibilité sur des cas simples, suivant trois situations : -
Plusieurs utilisateurs, travaillant avec un même outil. Un seul utilisateur, travaillant avec plusieurs outils en comparaison de variantes (bilan global, deux contributeurs « Composant » et « Energie ») Un seul utilisateur, travaillant avec plusieurs outils sur les résultats d’une ACV du contributeur « Composant ». A travers l’étude de ces cas simples, l’objectif est de mettre en évidence les principales différences qui existent aujourd’hui entre les outils d’ACV novaEQUER et ELODIE, en particulier au niveau du profil des utilisateurs, et des contributeurs « Energie » et « Composant ». 2.1 Présentation du bâtiment étudié
L’étude porte sur deux immeubles de logements collectifs réalisés par Bouygues Construction en 2010‐
2011 à Saint Denis (93200), présentant une surface hors d’œuvre nette (SHON) est de 4687 m² et sa SHA de 4127 m². Les immeubles comptent six niveaux en superstructure et comprennent 60 logements collectifs et un niveau de sous‐sol, à usage de parking. La décomposition des bâtiments est présentée dans le tableau suivant. 284/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Figure 20 : Représentation du bâtiment étudié
La structure du bâtiment est en voile béton. La ventilation mécanique contrôlée (VMC) installée est une VMC simple flux. Le chauffage des appartements est assuré par une chaudière gaz centralisée et des radiateurs en acier et sèche‐serviettes à circulation d’eau. La production d’eau chaude sanitaire (ECS) est réalisée en partie par des panneaux solaires thermiques et complétée par la chaudière gaz. Tableau 3 : Caractéristiques du bâtiment étudié
Surfaces significatives
BAT A
BAT B
SHON 3 339 m²
1 348 m²
4 687 m² SHA 3 275 m²
852 m²
4 127 m² 43
17
60
76 m²
50,12 m²
63 m²
Nb logements SHA/Logt SHO infra 1 500 m² SHO super 6 014 m² TOTAL
285/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Tableau 4 : Répartition des logements du bâtiment étudié
Nomenclature des logements Type Nb Pièce Studio (30 m2) 2 2 2 Pièces (46 m2) 11 22 3 Pièces (60 m2) 26 78 4 Pièces (73 m2) 15 60 5 Pièces (88 m2) 5 25 6 Pièces (99 m2) 1 6 Total 60 193 2.2 Définition des objectifs et du champ de l’étude
L’objectif de cette étude est d’évaluer l’origine des écarts de modélisation entre plusieurs utilisateurs sur un même outil d’ACV, pour le contributeur « Composant ». Pour cette étude, les utilisateurs ont eu accès : -
-
aux mêmes documents sources : o Caractéristiques globales du bâtiment (typologie, répartition logement, nombre de niveaux...), o Documents de chiffrage (décomposés par lots du GO et des CEA / CET) au même logiciel ACV : ELODIE à la même base de données environnementale : INIES + base de données interne au logiciel ELODIE La seule consigne qui leur a été demandée de respecter concerne la décomposition du contributeur « Composant » suivant les recommandations des Règles d’application HQE Performance (HQE, 2013). 286/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité A priori, les écarts sur les résultats liés à l’utilisateur peuvent avoir plusieurs origines : ‐
‐
‐
différences sur la compréhension des documents sources, différences sur les hypothèses de modélisation (facteurs de conversion, prises en compte ou non de matériaux...), différences sur les données environnementales utilisées. Les interfaces des outils peuvent également laisser des degrés de liberté amenant les utilisateurs à faire des choix pas toujours identiques (voir notamment l’annexe 8). En travaillant avec des utilisateurs ayant des profils différents, nous cherchons à analyser les influences des paramètres suivants sur les résultats d’une ACV à l’échelle du bâtiment : ‐
‐
‐
l’influence de l’entreprise d’appartenance et du poste occupé, l’influence du niveau de connaissances du secteur du bâtiment et des outils de conception, l’influence de la formation à l’ACV et à l’outil utilisé (ELODIE). Ces hypothèses seront évaluées sur l’ensemble du contributeur « Composant ». Ce travail de diagnostic vise à comprendre les principaux paramètres conduisant à des écarts sur les résultats de l’ACV entre plusieurs utilisateurs. Cinq expérimentateurs ont participé à cette étude. Ils ont des profils variés et des niveaux de connaissances différents de la démarche ACV. Tableau 5 : Présentation du profil des utilisateurs ayant participé au test de reproductibilité
Utilisateur Entreprise Connaissance du secteur du BTP Poste / Service Connaissance de l'ACV Temps de modélisation Nombre d'éléments pris en compte D.Pe CSTB Stagiaire, R&D Faible Moyenne 45h 111 F.Ri BYCN SA Stagiaire, R&D Moyenne Moyenne 16h 120 I.Le Brézillon Cadre, Construction Durable Moyenne Moyenne 11h 98 N.Mo Ouvrages Publics Cadre, étude / Technique Forte Faible 16h 82 P.Ri Habitat Social Cadre, étude gros œuvre Forte Faible 9h 63 Référence BYCN SA Cadre, Ecoconception Forte Forte 5h 129 287/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité 2.3 Résultats « avant harmonisation »
Les résultats de chacune des modélisations sont présentés sur un graphique radar avec pour référence une modélisation réalisée par une personne formée à l’ACV et maîtrisant les documents de chiffrage et le processus de conception d’un projet de bâtiment. Cette modélisation a été proposée lors de l’expérimentation HQE Performance et les hypothèses de modélisation ainsi que le périmètre d’étude sont conformes aux préconisations de l’expérimentation (HQE, 2013). 288/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Figure 21 : Résultats « avant harmonisation » obtenus entre les utilisateurs et la référence
Tableau 6 : Valeurs des indicateurs énergie primaire totale, consommation d’eau, déchets éliminés et
déchets radioactifs « avant harmonisation » calculées par les différents profils
Energie primaire totale (kWh / m² SHON) Ecart relatif / référence Consommation d'eau (L / m² SHON) Ecart relatif / référence Déchets éliminés (kg / m² SHON) Ecart relatif / référence Déchets radioactifs (kg / m² SHON) Ecart relatif / référence D.Pe 2,30E+03 33% 5,59E+03 58% 1,46E+03 84% 7,10E‐02 13% F.Ri 1,65E+03 ‐5% 3,25E+03 ‐8% 8,88E+02 12% 6,07E‐02 ‐3% I.Le 2,02E+03 16% 3,44E+03 ‐3% 1,17E+03 47% 7,12E‐02 14% N.Mo 2,51E+03 45% 5,65E+03 60% 1,75E+03 121% 7,68E‐02 23% P.Ri 1,35E+03 ‐22% 2,68E+03 ‐24% 7,14E+02 ‐10% 5,21E‐02 ‐17% Référence 1,73E+03 ‐ 3,54E+03 ‐ 7,93E+02 ‐ 6,26E‐02 ‐ 289/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Tableau 7 : Valeurs des indicateurs changement climatique, acidification et formation d’ozone
photochimique « avant harmonisation » calculées par les différents profils
Changement climatique (kg eq CO2 / m² SHON) Ecart relatif / référence Acidification atmosphérique (kg eq SO2 / m² SHON) Ecart relatif / référence Formation d'ozone photochimique (kg eq éthylène / m² SHON) Ecart relatif / référence D.Pe 5,07E+02 33% 2,39E+00 33% 1,04E+00 313% F.Ri 3,22E+02 ‐15% 1,55E+00 ‐14% 4,23E‐01 68% I.Le 4,99E+02 31% 2,19E+00 22% 2,85E‐01 13% N.Mo 6,60E+02 73% 2,56E+00 43% 2,52E‐01 0% P.Ri 2,87E+02 ‐25% 1,32E+00 ‐26% 1,86E‐01 ‐26% Référence 3,81E+02 ‐ 1,80E+00 ‐ 2,51E‐01 ‐ 2.4 Résultats « après harmonisation »
L’objectif de cette partie est d’analyser l’influence de certaines « corrections » ou « harmonisations » apportées aux modélisations des différents utilisateurs et d’essayer de les classer suivant leurs natures. Voici les principales modifications apportées : ‐
‐
‐
‐
Erreurs d’interprétation et de transcription des données : ici on traitera principalement les erreurs soient liées à une faute d’inattention ou bien à l’assimilation d’une quantité de matériaux qui n’existent pas réellement, ou tout du moins sous une autre forme. Différence de périmètre par rapport au cas de référence: il s’agit simplement de rajouter des matériaux non pris en compte initialement (exemple des panneaux solaires thermiques, chiffrés séparément des documents techniques) Différences sur les hypothèses de modélisation : ici on traitera les erreurs liées à un mauvais retraitement des données sources pour leur intégration dans un outil d’ACV (double prise en compte du taux de renouvellement, mauvaise conversion d’unité fonctionnelle). Libre choix des données environnementales : ici on traitera l’utilisation d’une donnée environnementale non appropriée, soit pour des raisons de représentativité, ou bien de qualité (par exemple FDES vérifiée, non vérifiée). Nous essayerons ensuite de lier ces origines écarts suivant le profil de chaque utilisateur. 290/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Figure 22 : Résultats « après harmonisation » obtenus entre les utilisateurs et la référence
291/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Tableau 8 : Valeurs des indicateurs énergie primaire totale, consommation d’eau, déchets éliminés et
déchets radioactifs « après harmonisation » calculées par les différents profils
Energie primaire totale (kWh / m² SHON) Ecart relatif / référence Consommation d'eau (L / m² SHON) Ecart relatif / référence Déchets éliminés (kg / m² SHON) Ecart relatif / référence Déchets radioactifs (kg / m² SHON) Ecart relatif / référence D.Pe 1,68E+03 ‐3% 3,39E+03 ‐4% 1,02E+03 29% 6,13E‐02 ‐2% F.Ri 1,70E+03 ‐2% 3,30E+03 ‐7% 8,95E+02 13% 6,18E‐02 ‐1% I.Le 1,69E+03 ‐2% 2,74E+03 ‐23% 8,08E+02 2% 6,29E‐02 1% N.Mo 1,59E+03 ‐8% 2,67E+03 ‐24% 7,17E+02 ‐10% 6,20E‐02 ‐1% P.Ri 1,50E+03 ‐13% 2,85E+03 ‐20% 7,49E+02 ‐6% 6,12E‐02 ‐2% Référence 1,73E+03 ‐ 3,54E+03 ‐ 7,93E+02 ‐ 6,26E‐02 ‐ Tableau 9 : Valeurs des indicateurs changement climatique, acidification et formation d’ozone
photochimique « après harmonisation » calculées par les différents profils
Changement climatique (kg eq CO2 / m² SHON) Ecart relatif / référence Acidification atmosphérique (kg eq SO2 / m² SHON) Ecart relatif / référence Formation d'ozone photochimique (kg eq éthylène / m² SHON) Ecart relatif / référence D.Pe 3,90E+02 2% 1,80E+00 0% 2,53E‐01 1% F.Ri 3,79E+02 0% 1,68E+00 ‐7% 2,47E‐01 ‐2% I.Le 3,81E+02 0% 1,71E+00 ‐5% 2,37E‐01 ‐6% N.Mo 3,73E+02 ‐2% 1,67E+00 ‐7% 2,46E‐01 ‐2% P.Ri 3,58E+02 ‐6% 1,56E+00 ‐13% 2,02E‐01 ‐20% Référence 3,81E+02 ‐ 1,80E+00 ‐ 2,51E‐01 ‐ Il ressort de ces résultats une très forte sensibilité à l’échelle du bâtiment des éléments de gros œuvre (fondations / infrastructure / superstructure) : ‐
‐
sensibilité quant au choix de la donnée environnementale, sensibilité quant au choix de modélisation générale (nombre d’éléments saisis, conversion de valeurs dans le cas de différence d’unité entre les documents de chiffrage et les UF des données environnementales...) 292/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Il est normal que ce soient ces paramètres qui influent le plus sur la reproductibilité des études à l’échelle du bâtiment puisqu’ils sont les principaux contributeurs du bâtiment à la plupart des indicateurs environnementaux étudiés. Leur sensibilité sur les résultats reste donc importante. Au niveau du profil de chaque utilisateur, on remarque que plus la personne est éloignée du monde de la construction (d’un point de vue étude technique) plus la sensibilité sur les données du gros œuvre est importante. Dans le cas de la modélisation de P.Ri, on voit bien que les corrections apportées sur le gros œuvre n’influencent que très légèrement les résultats. Par contre, ne connaissant absolument pas les outils ACV et la base de données associés, des difficultés quant à la prise en compte de plus petits contributeurs peuvent expliquer les écarts persistants après corrections de la modélisation. Il faudrait effectuer de plus nombreuses modifications dans la modélisation pour arriver à des écarts inférieurs à 10 %. A l’inverse, si l’utilisateur n’a pas suffisamment de notions sur les documents de chiffrage et les problématiques de structure, on remarque que la sensibilité sur les données gros œuvre est importante et qu’une fois les corrections apportées sur ces lots, on obtient des résultats concordants. Les autres modifications à apporter auraient des conséquences minimes à l’échelle du bâtiment. 2.5 Conclusions
Cette étude de cas simple avait pour objectif de quantifier la variabilité des résultats liée aux choix inhérents au praticien. En ayant défini un protocole expérimental en deux temps, il nous a été possible de montrer qu’en fixant certains paramètres de l’interface utilisateur, il est possible d’homogénéiser les résultats. De plus, les paramètres bloquants (lecture des métrés et données environnementales) ont pu être classés par ordre d’importance ce qui permet désormais de définir des priorités d’actions. Recommandations : A l’avenir, les outils devront être adaptés aux différents acteurs. Il s’agit de progresser vers une simplification des interfaces utilisateurs en limitant le nombre d’éléments à saisir et le choix de données environnementales à associer pour le gros œuvre, proposer de travailler avec des unités fonctionnelles représentatives des ouvrages (m² de dalle / mur, ml de poutres / poteaux...). On voit bien que le travail avec des quantités globales de matériaux de structure (m3 béton / kg acier) pose problèmes aux utilisateurs néophytes des études de structure et de chiffrage. Les macro‐composants par exemple, sont une solution appréhendable pour une plus grande majorité d’utilisateurs (cf. livrable 2.2 du projet Benefis). Travailler en quantité globale permet d’aller plus vite pour les experts des entreprises générales en particulier. 293/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Remarque générale sur l’étude : Le panel étudié étant limité, il est difficile d’obtenir des conclusions suffisamment robustes d’un point de vu statistique. Les grandes tendances ont pu être dégagées, mais il serait nécessaire de continuer ce cas simple avec d’autres utilisateurs. Dans le cadre du WP 4.1 (expérimentation interne), d’autres utilisateurs seront amenés à modéliser ce bâtiment dans les mêmes conditions. Les résultats obtenus permettront de consolider cette analyse. 3
TESTS DE REPRODUCTIBILITE SUR DES CAS SIMPLES : UN
UTILISATEUR, DEUX OUTILS [ASHRAE V1]…………………..
Ce test s'inscrit dans la tâche « 2.3 Reproductibilité » du projet ANR BENEFIS. Il consiste à effectuer des calculs avec les outils novaEQUER et ELODIE en s’assurant qu’un certain nombre de paramètres sont saisis de manière homogène, puis de comparer les résultats obtenus sur chacun des deux outils. Nous avons choisi d’utiliser le bâtiment de la norme ASHRAE31 [ANSI/ASHRAE, 2001] correspondant à un cas simple mais bien documenté32. Les différentes variantes du bâtiment croisant inertie thermique (structure béton versus bois) et orientation des ouvertures (façade sud versus façades est/ouest) semblent en effet adaptées pour: 

Evaluer des choix de conception traditionnellement réalisés en phases amont de projets, Evaluer dans ce test une partie des aspects importants pour la reproductibilité comme par exemple l’influence des bases de données ACV. Cette partie se présente sous la forme d'une ACV de bâtiment classique, suivant la méthode décrite dans la norme ISO 14044. 31 American Society of Heating, Refrigerating and Air‐Conditioning Engineers. 32
La méthode de test de la norme ANSI/ASHRAE 140‐2001 est basée sur la procédure BESTEST (Building Energy Simulation TEST), et a été définie dans le but d'évaluer les capacités de différents logiciels de simulation thermique des bâtiments. La sensibilité des logiciels peut être évaluée en faisant varier différents paramètres (orientation des fenêtres, température fixée par le thermostat, inertie thermique, infiltrations d'air, ...) à partir d'un bâtiment de base. 294/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité 3.1 Présentation du bâtiment étudié
Figure 23 : Géométrie du cas de base ASHRAE
L’étude porte sur quatre variantes du bâtiment de la norme ASHRAE. Le cas de base correspond à un bâtiment de plain‐pied de surface au sol égale à 48 m2, de faible inertie (murs et sol légers), parallélépipédique (8m x 6m x 2.7m), avec 12 m² de fenêtres orientées au sud. Le bâtiment est chauffé à 20°C et refroidi à 27°C, il est situé dans un climat sec et chaud (les données climatiques sont fournies avec la norme). La résistance thermique des murs est de 1.94 m2.K/W, le taux de renouvellement d'air est de 0.5 volume par heure, les apports internes de chaleur sont de 200 W. Les quatre variantes étudiées sont les suivantes : 



Cas 600 : cas de base à inertie légère (bois exclusivement), Cas 620 : cas de base à inertie légère (bois exclusivement), avec les deux fenêtres Sud remplacées par une fenêtre Ouest et une fenêtre Est, Cas 900 : variante à inertie lourde (béton), Cas 920 : variante à inertie lourde (béton) avec les deux fenêtres Sud remplacées par une fenêtre Ouest et une fenêtre Est33. 33
Conformément à la description de la norme ASHRAE, seules les compositions des murs extérieurs et du plancher sont
modifiées entre les variantes « bois » et les variantes « béton ». La composition du toit est la même pour toutes les variantes.
295/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité 3.2 Définition des objectifs et du champ de l'étude
3.2.1 Objectifs de l'étude
L’étude vise à effectuer l’ACV de plusieurs variantes sur un cas simple. L’objectif est double : 

Identifier la meilleure variante (démarche d’aide à la conception) et classer les variantes, Evaluer la reproductibilité des conclusions entre les logiciels novaEQUER et ELODIE (dans le cadre du projet BENEFIS). 3.2.2 Périmètre de l'étude
On se limite dans cette étude aux deux contributeurs « Composant » et « Energie ». Le contributeur « Composant » regroupe les impacts induits par le cycle de vie34 des produits de construction et des équipements techniques tandis que le contributeur « Energie » correspond aux impacts liés aux postes règlementaires de chauffage et de refroidissement. Les autres contributeurs d’une ACV de bâtiment (Eau, Chantier, Déchets et Transports) sont exclus de l’étude. La Figure 24 illustre le périmètre réduit retenu pour ce premier test : Figure 24 : Champ de l’étude pour l’ACV dans les outils ELODIE et novaEQUER
34
Potentiels de recyclage, réutilisation et récupération (correspondant au module D de la norme EN 15978, cf. annexe 3) ne
sont pas pris en compte dans cette étude.
296/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité 3.2.3 Unité fonctionnelle35
La définition de l’unité fonctionnelle du bâtiment est essentielle dans la comparaison entre plusieurs variantes constructives. Elle permet en effet d’utiliser une base homogène pour la comparaison et le choix de la meilleure variante. L’unité fonctionnelle est ici constituée du bâtiment complet, d’une Surface Hors Œuvre Nette (SHON) de 48 m², pour un usage d’habitation, et dans les conditions météorologiques d'Ashville en Caroline du Nord. Il doit assurer de bonnes conditions de confort thermique, avec une température comprise entre 20°C et 27°C. 3.2.4 Durée d'analyse36
La durée d'analyse est de 50 ans. 3.3 Hypothèses et données d'entrée
3.3.1 Simulation thermique dynamique
En amont des ACV réalisées sur les logiciels novaEQUER et ELODIE, une simulation thermique dynamique des bâtiments est réalisée afin de calculer leurs besoins énergétiques. Cette simulation est menée sur le logiciel PLEIADES. 3.3.1.1 Données climatiques
Conformément à la description de la norme ASHRAE, le fichier météo utilisé dans PLEIADES est le suivant : DRY, Ashville, North Carolina, US.37 Il décrit des conditions climatiques extrêmes : « cold clear winters / hot dry summers ». [ANSI/ASHRAE, 2001] L'altitude est de 1609 m. Les fenêtres du cas de base sont orientées au sud (cf. Figure 23). 3.3.1.2 Scénarios de fonctionnement
La simulation thermique nécessite de définir des scénarios de fonctionnement, dans le but de modéliser de façon réaliste la phase d'utilisation du bâtiment. Les scénarios retenus pour la simulation thermique sont résumés dans le Tableau 10 ci‐dessous : 35
36
37
Ou « équivalent fonctionnel ». [EN 15978]
Ou « période d’étude de référence ». [EN 15978]
Le format DRY (Design Reference Year) est un format de fichier regroupant les données météorologiques horaires pour une
année. De même que le format TRY (Test Reference Year), il est couramment utilisé dans les simulations thermiques des
bâtiments.
297/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Chauffage ‐ température de consigne basse 20°C Chauffage ‐ puissance maxi 1000 kW (infinie) Refroidissement ‐ température de consigne haute 27°C Refroidissement ‐ puissance maxi 1000 kW (infinie) Infiltration scénario de ventilation de 0,41 vol/h Puissance dissipée scénario d'occupation de 2,5 personnes, représentant 200 W de puissance dissipée38 Tableau 10 : Scénarios de fonctionnement utilisés pour la STD - ASHRAE V1
3.3.1.3 Présentation des résultats
La simulation est menée sur une durée de 1 an, avec un pas de temps de 1/2 heure. Les résultats en besoins énergétiques de chauffage et de refroidissement obtenus pour les quatre variantes sont présentés dans la Figure 25 et le Tableau 11 ci‐dessous. Ils sont exprimés en énergie utile39, par m² de SHON et pour un an. ASHRAE V1 ‐ Besoins énergétiques totaux
(en kWh/m²)
300
250
200
155
150
besoins de
refroidissement
97
62
100
111
50
114
69
42
0
besoins de
chauffage
84
Cas 600 Cas 620 Cas 900 Cas 920
Figure 25 : Graphes des besoins énergétiques calculés sous PLEIADES pour les quatre variantes ASHRAE
V1
38
La puissance dissipée de 200 W a été modélisée par un scénario d'occupation de 2,5 personnes (1 personne représente 80 W)
en prévision de l'ACV, pour éviter des exports automatiques de consommation d'électricité (exclus du champ de l'étude) dans
novaEQUER.
39
L'énergie utile représente les besoins énergétiques du bâtiment, c'est à dire l'énergie requise par les utilisateurs. Elle est à
distinguer de l'énergie finale et de l'énergie primaire. (cf. annexe 2 sur les différents types d'énergie)
298/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Besoins de chaud Besoins de froid
kWh kWh/m² kWh kWh/m²
Besoins totaux kWh kWh/m² Cas 600 5329 111 7426
155 12755
266 Cas 620 5494 114 4658
97 10152
211 Cas 900 2008 42 3329
69 5337 111 Cas 920 4019 84 2983
62 7002 146 Tableau 11 : Besoins énergétiques calculés sous PLEIADES pour les quatre variantes ASHRAE V1
On remarque que : 

Les variantes « bois » (cas 600 et 620) ont des besoins énergétiques globalement plus importants que les variantes « béton », ce qui s'explique par leur inertie « légère », Les variantes avec fenêtres Sud (Cas 600 et 900) ont des besoins accrus en refroidissement, tandis que les variantes avec fenêtres Ouest et Est (Cas 620 et 920) ont des besoins accrus en chauffage, ce qui s'explique par les différences d'apports solaires. 3.3.2 Analyse de cycle de vie
3.3.2.1 Matériaux et produits de construction
La description de la géométrie et des matériaux des différentes variantes est disponible dans le document ASHRAE40 (cf. description en annexe 9). Les associations de données environnementales choisies dans chacun des deux outils sont présentées dans le tableau de l'annexe 10. Dans novaEQUER, les associations de matériaux sont choisies dans la base ECOINVENT 2010. Les quantités sont issues de la modélisation PLEIADES, et prises en compte automatiquement à partir de l'export du fichier de simulation thermique. 40 Dans cette étude, nous considérons uniquement les composants couplés à la simulation thermique, décrits dans la norme ASHRAE. Par exemple, les éléments d’ossature pour la variante bois sont négligés, de même que les fondations éventuelles des bâtiments. 299/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Dans ELODIE, les fiches sont choisies selon la méthodologie suivante : 

En priorité dans la base INIES ; les choix des fiches et les quantités sont définies à l'aide du guide expérimentateur d’ELODIE V1, Sinon, dans le cas où aucune donnée de la base INIES n'est adaptée pour un composant, on prend une donnée générique ELODIE41 (c'est le cas du dallage en béton par exemple). Pour préparer l'étude de reproductibilité, on s'est attaché à harmoniser le choix des données sur les deux outils. Ainsi, certains matériaux ont été ajoutés dans la variante novaEQUER pour harmoniser les données avec les FDES choisies dans ELODIE : 

Le mortier de ciment pour les murs lourds (non pris en compte dans la donnée « Parpaing » issue de la base ECOINVENT), Les armatures en acier pour la dalle béton (non pris en compte dans la donnée « Béton » issue de la base ECOINVENT). D'autre part, les données « bois » sont calculées de manière similaire dans les deux outils, que ce soit pour leur production (stockage du carbone pendant la croissance de l'arbre) ou pour leur scénario de fin de vie (100 % mis en décharge avec une réémission partielle du CO2 biogénique) grâce à l'utilisation : 

De données « bois certifié » dans novaEQUER, De FDES de bois certifié FSC (Forest Stewardship Council42) dans ELODIE. 3.3.2.2 Energie et équipements
Dans novaEQUER, les données sur l'énergie et les équipements sont agrégées, et issues de la base ECOINVENT. Pour le chauffage au gaz naturel, l’impact d’une chaudière à gaz typique avec une production typique par an et une durée de vie de 20 ans environ est automatiquement pris en compte43. En revanche, l’impact de la pompe à chaleur (PAC) n’est pas intégré dans la climatisation électrique44. Dans ELODIE, les impacts dus aux équipements sont intégrés dans le contributeur « Composant », et font l'objet de fiches de profil énergie séparées (données par défaut ELODIE). Les impacts dus aux consommations d'énergie sont compris dans le contributeur « Energie », et font l'objet de fiches de profil énergie séparées à partir de données ACV de la base DEAM45. 41 Source de la donnée générique précisée dans le guide méthodologique d’ELODIE V2 42 Le FSC est un écolabel qui assure que la production de bois ou d'un produit à base de bois a respecté des procédures censées garantir la gestion durable des forêts.
43 Process ECOINVENT en impact/MJ de chaleur fournie, qui intègre la fabrication et la fin de vie de l'équipement. 44 La prise en compte des équipements est en cours d'implémentation dans novaEQUER. 45 Une mise à jour des données énergétiques est prévue en 2014 et sera précisée dans le guide méthodologique ELODIE V2 300/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Pour harmoniser les données d'entrée entre les deux outils, on a utilisé dans ELODIE les valeurs par défaut de novaEQUER pour les rendements (EU/EF, cf. annexe 2 sur les différents types d'énergie). Les données d'entrée des équipements sont présentées dans les Tableau 12 et Tableau 13 ci‐dessous : novaEQUER ELODIE Equipement : chaudière à gaz Chaudière « typique » automatiquement intégrée dans le calcul « Chaudière gaz pour MI ttes technologies, P variée »46 (donnée générique) Type d'énergie47 : gaz naturel Gaz Naturel Gaz Naturel ‐ Chauffage Rendement EU/EF 0,87 (donnée par défaut) 0,87 Coefficient EF/EP Intégré dans les données ECOINVENT ou calculé si ACV dynamique Intégré dans les données de la fiche énergie ELODIE Tableau 12 : Hypothèses et choix des données pour le système de chauffage - ASHRAE V1
novaEQUER ELODIE Equipement : pompe à chaleur Non prise en compte car non disponible dans le logiciel novaEQUER48 Electricité ‐ Mix électrique Type d'énergie : électricité issue Production d'électricité de base (France)49 du réseau COP50 = 4 COP = 4 Rendement EU/EF (donnée par défaut) Intégré dans les données ECOINVENT Coefficient EF/EP Intégré dans les données de la fiche énergie ELODIE Tableau 13 : Hypothèses et choix des données pour le système de refroidissement - ASHRAE V1
46 La donnée générique «Chaudière gaz pour MI ttes technologies, P variée » de la base Elodie a été modifiée dans cette étude, pour l’indicateur déchets non dangereux, à partir des données de la nouvelle version 2.2 de la base ECOINVENT sur les matériaux composant la chaudière. La valeur initiale de 1900 kg de déchets non dangereux a été ramenée à 394 kg. La majorité de l’écart s’explique par la mise à jour dans la base ECOINVENT des processus amont d’extraction de l’acier (composant de la chaudière) entre la version 2.0 (utilisée pour le calcul de la donnée ELODIE) et la version 2.2. 47 Ou « vecteur énergétique ». 48 Concernant la prise en compte de la pompe à chaleur, un ajout "à la main" des impacts de l'équipement dans les résultats d'ELODIE ont montré que ceux‐ci étaient négligeables (source de la donnée ACV : PAC issue d’Ecoinvent v2). 49 Module DEAM (401 Electricity (France, 2005): Production) 50 Le COP est le coefficient de performance du climatiseur.
301/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité 3.3.2.3 Consommations d'énergie
Les valeurs de consommations d'énergie correspondent uniquement aux besoins de chauffage et de climatisation calculés sous PLEIADES, ainsi qu’aux apports internes (considérés comme consommation d’électricité51). Dans novaEQUER, les impacts liés aux consommations d'énergie sont calculés automatiquement à partir de l'export des fichiers PLEIADES. Dans ELODIE, on utilise les résultats des simulations thermiques effectuées sous PLEIADES. On renseigne dans l'onglet du contributeur « Energie » ces valeurs, converties en énergie finale selon les rendements choisis pour les deux systèmes. Les valeurs de consommations d'énergie utilisées dans les deux outils sont présentées dans le Tableau 14 ci‐dessous : Chauffage (kWh/m²) Climatisation (kWh/m²) EU/EF = 0,87 EU/EF = 4 EU EU EF EF Cas 600 111
127,59
155
38,75 Cas 620 114
131,03
97
24,25 Cas 900 42
48,28
69
17,25 Cas 920 84
96,55
62
15,5 Tableau 14 : Besoins énergétiques des quatre variantes ASHRAE V1 en énergie utile et en énergie finale
3.3.2.4 Indicateurs et unités
Pour comparer les résultats entre novaEQUER et ELODIE, on a retenu les sept indicateurs suivants, communs aux deux outils : 






Energie primaire totale en kWh/m²SHON/an, Consommation d’eau totale en L/m²SHON/an, Déchets éliminés en kg/m²SHON/an, Déchets radioactifs en kg /m²SHON/an, Changement climatique en kg eq.CO2/m²SHON/an, Acidification atmosphérique en kg eq.SO2/m²SHON/an, Formation d’ozone photochimique en kg eq.éthylène/m²SHON/an. 51 A vérifier 302/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Ils sont exprimés dans les mêmes unités que dans le logiciel ELODIE, par m² de SHON et pour une année. Les correspondances entre les indicateurs de novaEQUER et ceux d'ELODIE sont présentées dans l'annexe 11. 3.3.2.5 Etapes du cycle de vie et contributeurs
Les deux outils novaEQUER et ELODIE ont des différences importantes en termes d’interfaces. En particulier, les résultats sont présentés par phase de cycle de vie (Construction – Utilisation – Rénovation – Démolition) dans novaEQUER, tandis qu’ils sont présentés par contributeur (Energie – Composant) dans ELODIE. Afin d’exploiter et de comparer les résultats entre les deux outils, on a regroupé les résultats des phases « Construction – Rénovation – Démolition » dans novaEQUER, correspondant au contributeur « Composant » moins les équipements dans ELODIE. La phase « Utilisation » de novaEQUER correspond quant à elle au contributeur « Energie » d’ELODIE, en ajoutant la part des équipements. Ces correspondances sont présentées dans la Figure 26 ci‐dessous : novaEQUER
phase du cycle de vie
ELODIE
contributeur
Utilisation
Energie
Composant ‐ part des équipements
Construction
Démolition
Rénovation
Composant ‐ sans la part des équipements
Figure 26 : Correspondances entre phases de cycle de vie (novaEQUER) et contributeurs (ELODIE)
3.4 Résultats et interprétations
3.4.1 Comparaison de variantes tous contributeurs confondus
Sur les deux outils, la comparaison de variantes est présentée sous forme de diagrammes radar : chaque axe correspond à un indicateur, et pour chaque indicateur la variante ayant la valeur d’impact la plus importante est prise comme référence (100 %). Les autres variantes sont représentées en valeurs relatives. 303/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Figure 27 : Radars de classement des variantes ASHRAE V1 sur les deux outils, tous contributeurs
confondus
Les deux outils donnent quasiment les mêmes conclusions en termes de comparaison de variantes sur l'ensemble des indicateurs : la variante ayant l’impact le plus faible est la variante béton avec les ouvertures Sud (cas 900), la variante ayant l’impact le plus fort est la variante bois avec les ouvertures au Sud (cas 600). A cette échelle (tous contributeurs confondus), on note deux légères différences : 

Sur l'Acidification atmosphérique : L’écart de classement entre les variantes bois (cas 600/620) et les variantes béton (cas 900/920) est plus important sur novaEQUER que sur ELODIE, Sur la Formation d’ozone photochimique : Les cas 900 et 920 sont quasiment confondus dans ELODIE tandis qu’ils sont clairement dissociés dans novaEQUER. 3.4.2 Ratios entre les contributeurs « Energie » et « Composant »
Pour tenter d'expliquer les écarts entre les outils, on compare pour chaque indicateur les parts dues aux contributeurs « Energie » et celle dues au contributeur « Composant ». Les graphiques ci‐dessous présentent les contributions relatives de l’énergie et des composants52 pour chaque indicateur et dans les deux outils, pour une variante bois (cas 600) et une variante béton (cas 900): 52 La part des équipements est intégrée dans l'Energie pour les résultats novaEQUER (en orange), mais séparée dans ELODIE (en jaune). 304/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Cas 600
120%
100%
80%
60%
40%
20%
0%
Cas 600
Composant
Energie (dont la
part des
équipements)
120%
100%
80%
60%
40%
20%
0%
Composant
Part des
équipements
Energie
Cas 900
120%
100%
80%
60%
40%
20%
0%
Cas 900
Composant
Energie (dont la
part des
équipements)
120%
100%
80%
60%
40%
20%
0%
Composant
Part des
équipements
Energie
Figure 28 : Ratios entre les contributeurs « Energie » et « Composant » pour le cas 600 et le cas 900 dans
les deux outils - ASHRAE V1
Dans les deux outils, pour les quatre variantes et pour la majorité des indicateurs, on constate que les impacts liés aux composants sont faibles (de l’ordre de 10‐20 %) devant les impacts liés aux consommations d’énergie et aux équipements (de l’ordre de 80‐90 %). Cela s’explique par les forts besoins énergétiques des bâtiments étudiés, qui « écrasent » la contribution des composants. Pour ce qui est de la cohérence des conclusions entre les deux outils, mise à part la différence principale au niveau de l’indicateur Formation d’ozone photochimique53, avec une contribution presque exclusivement liée aux composants dans novaEQUER contre une contribution presque exclusivement énergétique pour ELODIE, les conclusions sont similaires. On constate notamment que les impacts liés au contributeur « Composant » sont plus importants dans la variante béton. 53 Concernant l’indicateur Formation d’ozone photochimique, l’écart vient probablement de la différence entre les méthodes de calcul de cet indicateur entre les données FDES et les données de la base ECOINVENT [Lasvaux et al, 2013]. 305/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité 3.4.3 Comparaison de variantes sur le seul contributeur « Energie »
On a mis en évidence que le contributeur « Energie » est celui qui pèse le plus sur l’ensemble des impacts. On s’intéresse maintenant au classement des variantes sur ce seul contributeur, dans le but de vérifier la cohérence des conclusions54. Les radars obtenus à partir des deux outils sont présentés dans la Figure 29 ci‐
dessous : Figure 29 : Radars de classement des variantes ASHRAE V1 sur les deux outils, contributeur « Energie »
Les deux outils donnent les mêmes conclusions en termes de comparaison de variantes lorsqu'on considère uniquement le contributeur « Energie » (avec équipements). On retrouve ici la différence sur l’indicateur Formation d’ozone photochimique, conduisant à une inversion des variantes 900 et 920 dans ELODIE. Les classements entre les variantes sur les autres indicateurs sont sensiblement identiques. 3.4.4 Résultats en valeurs d'impacts
Même si les conclusions en termes de comparaison de variantes sont similaires entre les deux outils, il faut noter que les résultats restent sensiblement différents sur certains indicateurs en valeurs absolues (cf. Tableau 15 ci‐dessous) : 


Les Déchets radioactifs, L'Acidification atmosphérique, La Formation d'ozone photochimique. 54 On rappelle qu’à la différence d’ELODIE, l’impact des équipements est intégré automatiquement dans le contributeur « Energie » de novaEQUER. Pour comparer les deux outils, on a donc ajouté dans ELODIE la contribution des équipements au contributeur « Energie». 306/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Cas 600
Cas 620
Cas 900
Cas 920
Elodie
novaEquer écart Elodie
novaEquer écart Elodie
novaEquer écart Elodie
novaEquer écart r
Consommati kWh / m² SHO
282,33
296,47 5%
237,71
252,56 6%
128,94
127,65 1%
175,24
179,84 3%
Consommati L / m² SHON 306,18
278,60 9%
200,41
183,15 9%
153,04
145,26 5%
143,42
138,52 3%
Déchets prodkg / m² SHON
4,15
4,62 11%
3,49
3,94 13%
12,23
10,38 15%
12,27
10,71 13%
0,01
0,01 17%
0,00
0,00 19%
0,00
0,00 23%
0,00
0,00 25%
Déchets radi kg / m² SHON
Changementkg eq CO2 / m
33,12
37,05 12%
32,60
36,78 13%
16,18
16,17 0%
26,90
28,61 6%
0,05
0,05 1%
0,05
0,05 3%
0,04
0,03 25%
0,04
0,04 15%
Acidification kg eq SO2 / m
Formation d' kg eq éthylè
0,01
0,00 47%
0,01
0,00 48%
0,01
0,00 58%
0,01
0,00 34% Tableau 15 : Comparaison des valeurs d'impacts entre les deux outils - ASHRAE V1
307/510
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité 3.5 Conclusions et perspectives à l'issue de ce cas simple
3.5.1 Limites du cas simple ASHRAE V1
Sur cette étude, les deux logiciels donnent des conclusions très similaires en termes de comparaison de variantes. Cependant, ce cas « théorique » correspond à des conditions climatiques extrêmes (climat US). De plus, le poids des impacts dus aux consommations énergétiques n’est pas représentatif des bâtiments RT 2012 / ex‐label BBC (cf. les ratios entre contributeurs « Energie » / « Composant »). 3.5.2 Nouvelles variantes constructives ASHRAE
Plusieurs modifications pourront donc être développées par la suite pour améliorer l’efficacité énergétique des variantes, et se rapprocher d’un bâtiment « basse consommation » : 


Augmentation de l’épaisseur de l’isolation, Vitrage plus performants et stores (occultations), Ajout d’une ventilation double‐flux. L’objectif serait d’atteindre 20 kWh/m²/an pour les besoins de chauffage et 5 kWh/m²/an pour les besoin de refroidissement. 3.5.3 Comparaison de variantes sur des cas réels
On prolongera cette étude par une comparaison de variantes sur des cas réels. Cette étude sera menée sur les maisons de la plate‐forme INCAS à Chambéry : prototypes de maisons passives proposant le même équivalent fonctionnel, mais avec des solutions constructives différentes (double mur, béton banché, ossature bois). 308/510
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 4
Tâche 2.3 Reproductibilité TESTS DE REPRODUCTIBILITE SUR DES CAS SIMPLES : UN
UTILISATEUR, DEUX OUTILS [OPTIMISATION ENERGETIQUE ASHRAE
V1]
Les ACV effectuées sur les logiciels novaEQUER et ELODIE sur les cas simples ASHRAE V1 ont mis en évidence un fort déséquilibre entre les impacts du contributeur « Energie » et ceux du contributeur « Composant ». Cela est dû aux besoins énergétiques importants des bâtiments, très loin des labels Bâtiments Basse Consommation (BBC) et de la réglementation thermique RT2012, qui impose de ne pas dépasser 50 kWh/m²/an (pour les postes de chauffage, de refroidissement, de ventilation, d’éclairage et d’auxiliaires). Dans cette partie, une version « améliorée » au niveau énergétique des cas d’étude est étudiée. Elle permet dévaluer la reproductibilité des outils avant et après rénovation. L'optimisation des cas ASHRAE V1 a été effectuée à l'aide du logiciel de simulation thermique PLEIADES. 4.1 Objectifs et démarche de l'optimisation
On s'est fixé les objectifs suivants pour chacune des quatre variantes : 

Réduction des besoins de chauffage à 20kWh/m2, Réduction des besoins de refroidissement à 5 kWh/m². Pour cela, plusieurs solutions ont été envisagées, selon des principes d’éco‐conception et d’architecture bioclimatique : 




Augmentation de l’épaisseur d’isolation pour réduire les déperditions de l’enveloppe, Amélioration des performances des vitrages pour profiter des apports solaires et améliorer le confort d’hiver, Ajout de protections solaires pour réguler les apports solaires et améliorer le confort d’été, Suppression de la climatisation pour limiter les consommations d'énergie, Ajout de systèmes de ventilation efficace et performants d'un point de vue énergétique (ventilation double avec échangeur de chaleur, ventilation naturelle) pour limiter l'inconfort d'été. Dans un premier temps, ces solutions ont été testées séparément sur le logiciel PLEIADES, et comparées avec le cas de départ ASHRAE V1 servant de référence. Dans un second temps, elles ont été combinées afin d’obtenir les besoins énergétiques les plus faibles possibles tout en conservant un confort thermique acceptable à l’intérieur du bâtiment. 309/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité 4.2 Modification du climat
Les conditions climatiques utilisées dans le cas ASHRAE V1 (climat froid et sec, Colorado) sont « extrêmes », avec des écarts de températures très importants entre la période chaude et la période froide. Cela induit des écarts importants en termes de besoins énergétiques au cours de l’année qui ne sont pas représentatives des climats tempérés français. Pour atténuer ces différences et préparer l’étude des maisons INCAS, on se place dans les conditions météorologiques de la zone climatique H1c de la RT 2012 (fichier « Mâcon TRY » correspondant à la zone où se trouve le cas d’étude réel). La Figure 30 ci‐dessous montre les conséquences de cette modification sur les besoins énergétiques des quatre variantes : Besoins énergétiques ‐ Mâcon
(en kWh/m²) Besoins énergétiques ‐
Asheville (en kWh/m²)
300
300
250
250
200
200
155
150
97
100
50
0
150
62
111
114
69
42
84
Cas 600 Cas 620 Cas 900 Cas 920
68
52
100
50
besoins de
refroidissement
en kWh/m²
33
105
110
80
32
96
besoins de
chauffage en
kWh/m²
0
Cas 600Cas 620Cas 900Cas 920
Figure 30 : Comparaison des besoins énergétiques (en kWh/m²) du cas ASHRAE V1 selon les conditions
climatiques (Colorado – Mâcon)
Le passage du climat du Colorado à celui de Mâcon a deux effets principaux: 

Diminution des besoins énergétiques globaux (essentiellement au niveau des besoins de refroidissement), avec augmentation de la part des besoins de chauffage, Atténuation des écarts de besoins énergétiques entre les différentes variantes. Sous les conditions climatiques de Mâcon, pour diminuer les besoins énergétiques, il faudra donc se concentrer plus particulièrement sur des solutions visant à réduire les besoins de chauffage, qui sont les plus importants. 310/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité 4.3 Modifications « BBC »
Le travail d’optimisation du cas de base a été effectué avec les conditions climatiques de Macon, et en partant du cas 900 qui présente a priori le plus de caractéristiques « BBC »55, avec : 

Une inertie lourde, permettant d’atténuer les variations de température à l’intérieur du bâtiment et de diminuer les besoins énergétiques globaux, Des ouvertures au Sud, permettant de profiter des apports solaires et de diminuer les besoins de chauffage. 4.3.1 Augmentation de l’épaisseur d’isolation
Pour améliorer la performance énergétique de l’enveloppe, on se propose d’augmenter l’épaisseur de l’isolation. Les deux solutions testées, dont les résultats sont présentés dans l'annexe 12, correspondent aux modifications suivantes : Isolation des parois extérieures Isolation de la toiture ASHRAE V1
6.6 cm (cas 600 et 620) 6.2 cm (cas 900 et 920) 11.2 cm Test ʺisolation 1ʺ
Test ʺisolation 2ʺ
21.6 cm (cas 600 et 620) 21.2 cm (cas 900 et 920) 31.2 cm 15 cm 20 cm Tableau 16 : Epaisseurs d'isolation testées à partir du cas de base ASHRAE V1
On constate que les besoins de chauffage réduisent avec l’augmentation de l’isolation (de l’ordre de 40 % avec la solution « isolation 2 »), tandis que les besoins de refroidissement augmentent légèrement. Cependant, il faut garder à l’esprit que l’augmentation de l’épaisseur d’isolant augmente la quantité de matériaux utilisés, et donc les impacts environnementaux liés à ces matériaux. On retient néanmoins pour la suite la solution « isolation 2 ». 4.3.2 Amélioration de la performance des vitrages
Pour optimiser les apports solaires et améliorer le confort d’hiver tout en limitant les besoins de chauffage, on cherche à améliorer les propriétés des vitrages. On utilise pour cela des vitrages à basse émissivité, qui réduisent le rayonnement de chaleur vers l’extérieur. A l’inverse, en été, ces vitrages ont l’avantage de réduire la pénétration du rayonnement solaire à l’intérieur du bâtiment, et réduisent donc les besoins de refroidissement. 55 Le cas 900 est effectivement celui qui consomme le moins parmi les quatre variantes, avec 113 kWh/m²/an. On reste toutefois loin des 50 kWh/m²/an d'un bâtiment BBC.
311/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Ces vitrages sont modélisés sous PLEIADES par la diminution des coefficients de transmission thermique et du facteur solaire. Les solutions testées, dont les résultats sont présentés dans l'annexe 12, correspondent aux propriétés suivantes : oui 3 W /m²/K Test ʺvitrage basse émissivité 1ʺ oui 1.3 W /m²/K 0.789 0.62 ASHRAE V1 Double vitrage Coeff. de transmission thermique Uw Facteur solaire (FS) Test ʺvitrage basse émissivité 2ʺ oui 1.3 W /m²/K 0.527 (tient compte des menuiseries) Tableau 17 : Caractéristiques des vitrages testées à partir du cas ASHRAE V1
L’utilisation de ces vitrages par rapport à des doubles vitrages classique permet de réduire efficacement à la fois les besoins de chauffage et les besoins de refroidissement. Sur les besoins énergétiques globaux, la solution « vitrage basse émissivité 2 » est légèrement plus performante, c’est donc celle‐ci qui est retenue pour la suite. 4.3.3 Ajout de protections solaires
Outre leur impact sur l’éclairage, les protections mobiles ont un effet direct sur le confort d’été, en limitant les risques de surchauffe et les besoins de refroidissement. On se propose donc d’ajouter des stores devant les fenêtres, en testant différents pourcentages d’occultation et différents scénarios d’utilisation. Ces deux paramètres sont modélisés sous PLEIADES à l’aide de scénarios hebdomadaires et annuels (cf. annexe 13). Influence du pourcentage d’occultation Dans un premier temps, on teste différents pourcentages d’occultation en utilisant un scénario annuel d’utilisation des stores d’avril à octobre. Les scénarios hebdomadaires modélisés sous PLEIADES correspondent à une occultation de 7h à 19h tous les jours de la semaine (cf. annexe 13). On compare les modifications suivantes, dont les résultats sont présentés dans l'annexe 12 : % d’occultation ASHRAE V1 Aucun Test ʺstores 70%ʺ
70 % Test ʺstores 80%ʺ
80 % Test ʺstores 90%ʺ
90 % Tableau 18 : Pourcentages d'occultation testés à partir du cas ASHRAE V1
312/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité On constate que les besoins de refroidissement diminuent d’autant plus que le pourcentage d’occultation est élevé ; jusqu’à 96 % de diminution pour le cas 920 avec 90 % d’occultation. Les besoins de chauffage quant à eux augmentent légèrement (pas plus de 18 % dans le pire des cas). La meilleure solution pour réduire les besoins énergétiques totaux semble donc correspondre à un pourcentage d’occultation maximal. Cependant, pour des raisons de réalisme et de confort visuel, on choisit de limiter l’occultation à 80 % (ce qui correspond à des stores de teinte foncée). Influence du scénario annuel d’utilisation Pour un pourcentage d’occultation fixé (70 %), on teste différents scénarios annuels d’utilisation (cf. annexe 13), centrés autour de la période d’été où le rayonnement solaire est maximal, et de durées plus ou moins longues. Les solutions testées, dont les résultats sont présentés dans l'annexe 12, correspondent aux scénarios suivants : ASHRAE V1 Période Aucune Test
ʺpériode longueʺ 2 avril ‐ 28 octobre Test
ʺpériode moyenneʺ 30 avril ‐ 26 août Test ʺpériode courteʺ 2 juillet ‐ 26 août Tableau 19 : Scénarios annuel d'occultation testés à partir du cas ASHRAE V1
La diminution des besoins énergétiques totaux (forte diminution des besoins de refroidissement, et légère augmentation des besoins de chauffage) est maximale avec le scénario d’occultation sur la « période longue » d’avril à octobre ; c’est donc cette solution qui est retenue pour la suite. 4.3.4 Ajout d’une ventilation double flux
La ventilation double flux permet de renouveler l’air à l’intérieur des pièces, par extraction de l’air vicié dans les pièces « humides » (pièces de service : salles d’eau, cuisine, WC…) et insufflation d’air neuf dans les pièces « sèches » (pièces de vie : séjour, chambres…). De plus, l’échangeur de chaleur permet de limiter les déperditions thermiques en récupérant la chaleur de l’air vicié pour la transmettre à l’air entrant, et a donc pour effet de diminuer les besoins énergétiques, en particulier les besoins de chauffage en hiver. La ventilation mécanique est modélisée sous PLEIADES dans le débit d’infiltration, en considérant : 


Un débit d’infiltration réel de 0.08vol/h,
Un débit de renouvellement d’air de 0.33vol/h pour la ventilation double flux,
Un échangeur de chaleur d’efficacité x %.
On obtient un débit total de : .
.
∗
. On teste différentes efficacités pour l’échangeur de chaleur, les résultats présentés dans l'annexe 12 correspondent aux valeurs suivantes : 313/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Ventilation double flux Efficacité de l’échangeur Débit total ASHRAE V1
Non Aucune 0.41vol/h Test "ventilation 1"
Oui 50 % 0.25vol/h Test "ventilation 2" Oui 75 % 0.17vol/h Tableau 20 : Efficacités de l'échangeur testées à partir du cas ASHRAE V1
L’ajout de la ventilation permet donc de réduire les besoins énergétiques totaux en réduisant les besoins de chauffage, malgré une légère hausse des besoins de refroidissement. La solution retenue pour la suite est la ventilation double flux avec échangeur de chaleur d’efficacité 75 %. 4.3.5 Récapitulatif et bâtiment optimisé « BBC »
Les solutions retenues et leurs effets sur les consommations d'énergie (moyenne sur les quatre variantes) sont présentés dans le Tableau 21 ci‐dessous : Besoins Besoins de chaud de froid Isolation murs : + 15 cm / toiture : + 20 cm ‐ 45% + 12% Vitrages basse émissivité Uw = 1.3 W/m²/K / FS = 0.527 ‐ 25% ‐ 33% Stores 80 % d’occultation d’avril à octobre + 9% ‐ 83% VMC dʹefficacité 75% Débit d’infiltration de 0.17 vol/h ‐ 16% + 10% Modification apportées Besoins
totaux ‐ 27%
‐ 26%
‐ 20%
‐ 8%
Tableau 21 : Récapitulatif des solutions retenues et de leurs effets sur les besoins énergétiques
En combinant ces quatre modifications, on obtient une première version « ASHRAE V1 BBC » pour laquelle les besoins énergétiques, présentés dans la Figure 31 sont très fortement réduits : Besoins de chauffage
(en kWh/m²)
120
105
Besoins de refroidissement
(en kWh/m²)
110
96
100
80
80
ASHRAE V1
60
40
20
24
27
17
24
0
ASHRAE V1 BBC
80
70
60
50
40
30
20
10
0
68
52
33
ASHRAE V1
32
ASHRAE V1 BBC
16
9
7
6
Cas 600 Cas 620 Cas 900 Cas 920
Cas 600 Cas 620 Cas 900 Cas 920
Figure 31 : Besoins énergétiques de la version ASHRAE V1 BBC (isolation + vitrages basse émissivité +
stores) – Comparaison avec le cas de base ASHRAE V1
314/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Cette première version permet une réduction efficace des besoins énergétiques de plus de 75%. Même si les objectifs de 20 kWh/m² de chauffage et 5 kWh/m² de refroidissement ne sont quasiment jamais atteints, surtout pour les variantes à inertie légère, les besoins énergétiques totaux correspondent aux exigences BBC pour les quatre variantes (consommation totale sur les 5 postes réglementaires inférieure à 50 kWh/m²/an). 4.4 Suppression de la climatisation
Contrairement aux conditions climatiques d'Asheville, le climat de Mâcon ne rend pas indispensable le recours à la climatisation. On propose donc de la supprimer, conformément aux recommandations de la réglementation thermique, ce qui permet également de préparer l’étude des maisons INCAS. 4.4.1 Effets sur la température intérieure
Cette modification a pour effet principal de supprimer les besoins énergétiques de refroidissement (ainsi qu’une légère diminution des besoins de chauffage dans certains cas). Cependant, elle induit de forts pics de température au sein du bâtiment : le Tableau 22 présente les températures intérieures maximales atteintes dans chacune des quatre variantes. On atteint 57°C pour le cas 600, alors que la température restait limitée à 27°C dans le cas du recours à la climatisation (cf. profils de température intérieure en annexe 15). Tmax avec clim.
Cas 600 27 °C Cas 620 27 °C Cas 900 27 °C Cas 920 27 °C Tmax sans clim.
57 °C
39,85 °C
42,35 °C
34,62 °C
Tableau 22 : Effet de la suppression de la climatisation sur les températures intérieures maximales
atteintes dans chacune des quatre variantes
4.4.2 Sur-ventilation par ouverture des fenêtres
Pour limiter les effets de surchauffe, on propose de ventiler naturellement le bâtiment par ouverture des fenêtres. Cette sur‐ventilation est modélisée sous PLEIADES par un scénario de ventilation externe contrôlable. On ventile dès que la température de la pièce est supérieure à la température extérieure et excède 26°C. On teste différents débits de ventilation, présentés dans le Tableau 23, correspondant aux degrés d’ouverture des fenêtres suivants : 315/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 ASHRAE V1
Ouverture des fenêtres Non Débit nominal Aucun Tâche 2.3 Reproductibilité Test ʺventilation 1ʺ
Test ʺventilation 2ʺ Fenêtres entrebâillées Fenêtres grandes ouvertes 2 vol/h 5 vol/h Tableau 23 : Débits de ventilation testés à partir du cas de base optimisé sans climatisation
Température maximale (°C)
60
57
50
41
40
33
30
42
40
35
34
ASHRAE V1 BBC
35
30
28
20
29 29
entrebaillement
(2v/h)
ouverture (5v/h)
10
0
Figure 32 : Influence des différents scénarios de ventilation naturelle sur les températures intérieures
maximales
On constate que l’entrebâillement des fenêtres (débit de 2vol/h) en cas de surchauffe ne permet pas d’atteindre une température acceptable à l’intérieur du bâtiment (encore près de 41°C de pic de température dans le cas 600). En revanche, la sur‐ventilation par ouverture en grand des fenêtres (débit de 5vol/h) permet d’atteindre des conditions de confort thermique relativement acceptables (34°C dans le pire des cas, cf. profil de température du cas 600 en dans l'annexe 15). On retient donc ce scénario pour la suite. 316/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité 4.5 Synthèse : nouveau cas d'étude ASHRAE V2
4.5.1 Récapitulatif des modifications
Les modifications retenues pour le nouveau cas d'étude ASHRAE V2 sont les suivantes : 





Augmentation de l’épaisseur d’isolation, Utilisation de fenêtres basse émissivité, Ajout de stores, Ajout d’une ventilation double flux, Suppression de la climatisation, Sur‐ventilation naturelle par ouverture des fenêtres en cas de surchauffe56. 4.5.2 Performances énergétiques
La Figure 33 et le
Tableau 24 ci‐après présentent les résultats en besoins de chauffage et les températures intérieures maximales, comparés pour le cas V1 et le cas V2, sous le climat de Mâcon. Ainsi, on obtient une nouvelle version des maisons ASHRAE, dont les besoins de chauffage sont fortement réduits (de l’ordre de 75 %), mais présentant encore de l'inconfort thermique à certaines périodes de l'année, surtout pour les variantes à inertie légère. Besoins de chauffage (en kWh/m²)
120
105
Température maximale (°C)
110
40
96
100
80
30
80
34
33
35
27
27
27 28
27
29
60
ASHRAE V1
25
20
ASHRAE V1
40
ASHRAE V2
15
ASHRAE V2
20
25
28
24
17
10
5
0
0
Cas 600 Cas 620 Cas 900 Cas 920
Cas 600 Cas 620 Cas 900 Cas 920
Figure 33 : Comparaison des besoins énergétiques et des températures intérieures maximales pour les
quatre variantes ASHRAE V1 et V2 (Mâcon)
56 Nous n’avons pas considérer de consommation d’auxiliaires pour assurer l’ouverture des fenêtres. 317/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Cas 600 Cas 620 Cas 900 Cas 920 Besoins énergétiques (kWh/m²/an)
ASHRAE V1
ASHRAE V2
Ecart
25
‐ 76 %
105 28
‐ 75 %
110 17
‐ 79 %
80 24
‐ 75 %
96 Tableau 24 : Besoins énergétiques (en kWh/m²) de la version ASHRAE V2 - Comparaison avec le cas de
base ASHRAE V1(climat de Mâcon)
4.5.3 Analyses de cycle de vie comparées avant et après optimisation
Suite à ces modifications, les performances environnementales des maisons sont également fortement améliorées. La Figure 34 présente par exemple le graphe radar de la variante en bloc béton (cas 900) avant et après optimisation, obtenu avec novaEQUER : on remarque une diminution globale des impacts pour tous les indicateurs, et en particulier ceux qui sont pilotés par l’énergie. Des résultats identiques sont obtenus avec le logiciel ELODIE ce qui nous permet de conclure à une bonne reproductibilité de ces outils pour évaluer des variantes avant/après rénovation énergétique. 318/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Figure 34 : Radar de comparaison des impacts environnementaux de la variante 900 avant et après optimisation énergétique (novaEQUER)
319/510
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 5
Tâche 2.3 Reproductibilité TEST DE REPRODUCTIBILITE SUR DES CAS SIMPLES : UN
UTILISATEUR, DEUX OUTILS [ASHRAE V2 « BASSE CONSOMMATION »]
Les nouveaux tests de reproductibilité portent sur la nouvelle version ASHRAE V2, obtenue après l'optimisation des cas simples ASHRAE V1. Les objectifs de ce cas d'étude sont les mêmes (éco‐conception et reproductibilité), cependant la diminution des besoins énergétiques permet de mieux prendre en compte l’influence des composants dans l’ACV, et de mettre en évidence les éventuelles divergences liées à ce contributeur entre ELODIE et novaEQUER. Après avoir précisé les nouvelles hypothèses liées aux modifications « BBC » apportées aux maisons ASHRAE, cette partie présente les résultats obtenus selon la même démarche que dans la partie 3. En outre, des outils d'analyse plus poussée seront présentés et utilisés pour tenter d'expliquer les écarts obtenus entre les deux outils. 320/510
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité 5.1 Nouvelles hypothèses et données d'entrée pour l'ACV
5.1.1 Unité fonctionnelle
Suite au déplacement du cas d'étude dans le climat de Mâcon, on redéfinit l'unité fonctionnelle comme suit : l’unité fonctionnelle est constituée du bâtiment complet, d’une surface hors œuvre nette (SHON) de 48 m², pour un usage d’habitation, et dans les conditions météorologiques de Mâcon. Il doit assurer de bonnes conditions de confort thermique, avec une température comprise entre 20°C et 27°C57. 5.1.2 Matériaux et produits de construction
Les choix d'association de données environnementales utilisés dans les deux outils sont présentés dans le tableau en annexe 17. Les changements concernant les produits et matériaux de construction sont les suivants : 


Augmentation de l’épaisseur d’isolation : dans novaEQUER, les nouvelles épaisseurs saisies sous PLEIADES sont automatiquement prises en compte lors de l'export du fichier ; dans ELODIE, de nouvelles données et de nouvelles quantités sont choisies selon la même méthode que dans le cas ASHRAE V1, Utilisation de fenêtres basse émissivité : les données environnementales sur les fenêtres ne distinguent pas ce type de fenêtres des fenêtres « classiques », on a donc conservé les mêmes données que dans le cas ASHRAE V1, et cela pour les deux outils, Ajout de stores : on néglige l'impact des stores, faible devant les matériaux de construction. 5.1.3 Energie et équipements
Les changements concernant les équipements sont les suivants : 

Suppression de la climatisation : celle‐ci a pour seul effet dans l’ACV de supprimer les besoins de refroidissement. En effet, dans le cas V1, les impacts liés à l’équipement (pompe à chaleur) en lui‐
même n’étaient déjà pas pris en compte (pas de données disponibles), Ajout de la ventilation double flux : pour les mêmes raisons que la pompe à chaleur dans la version V1, les impacts de l’équipement en lui‐même sont négligés, ainsi que la consommation électrique nécessaire à son fonctionnement58. 5.1.4 Consommations d'énergie (chauffage)
Les valeurs de consommation utilisées, présentées dans le
Tableau 25, proviennent de la simulation thermique menée sous PLEIADES pour les cas optimisés ASHRAE V2. 57 Pour la suite de l'étude, on néglige donc l'inconfort thermique présent dans les quatre variantes suite à la suppression de la climatisation. 58 Des essais d’ajout "à la main" des impacts d’une ventilation double flux sur les résultats de novaEQUER à partir des données INIES ont montré que l’influence sur les impacts totaux était négligeable. Cependant, ces informations seront nécessaires pour effectuer une ACV exhaustive des maisons INCAS… 321/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Cas 600 Cas 620 Cas 900 Cas 920 Energie utile
kWh kWh/m² 1198 25 1327 28 805 17 1162 24 Energie finale kWh/m² 28.74 32.18 19.54 27.59 Tableau 25 : Besoins énergétiques des quatre variantes ASHRAE V2, en énergie utile et en énergie finale
5.2 Présentation des résultats
5.2.1 Comparaison de variantes tous contributeurs confondus
Figure 35 : Radars de classement des variantes ASHRAE V2 obtenus sur les deux outils
Contrairement au cas V1, les deux outils présentent à première vue des résultats différents en termes de comparaison de variantes. Pour cinq indicateurs sur sept, ces différences mènent à des inversions de classement entre les deux outils. On peut distinguer les indicateurs selon trois catégories : 

indicateurs donnant le même classement entre les deux outils : Energie primaire totale, Déchets éliminés, indicateurs avec inversions de classements mais la même meilleure variante : Déchets radioactifs, Changement climatique, Acidification atmosphérique, Formation d’ozone photochimique, 322/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 
Tâche 2.3 Reproductibilité 1 indicateur avec inversions de classements et donnant une meilleure variante différente : Consommation d’eau. Cependant, on peut nuancer ces catégories en remarquant que : 

Pour certains indicateurs le classement entre variantes est bien tranché dans les deux outils, avec des écarts relatifs entre variantes supérieurs à 20 % (c’est le cas par exemple des déchets éliminés), Pour les autres, les écarts relatifs entre variantes sont toujours inférieurs à 20 % (exemple de l’acidification atmosphérique, indicateur pour lequel le classement est contenu dans une plage de moins de 20 points pour les deux outils). Ainsi, sur ces derniers indicateurs, on peut supposer qu’une légère modification des paramètres d’entrée entraînera plus facilement une inversion de classement. Par la suite, on pourra repérer les indicateurs les plus sensibles en testant leur robustesse via des études de sensibilité. 5.2.2 Ratios entre les contributeurs « Energie » et « Composant »
Les graphiques présentés en annexe 18 montrent les contributions relatives de l’énergie et des composants pour chaque indicateur59. Par rapport à la version ASHRAE V1 pour laquelle une grande proportion des impacts était due à l’énergie (de l’ordre de 80 %), on note que la tendance s’est inversée : la contribution des composants est plus importante, surtout dans les variantes lourdes, et cela pour les deux outils. Cela permet de confirmer des tendances déjà visibles dans la V1 (différence entre les deux outils pour la Formation d’ozone photochimique par exemple). 5.2.3 Contributeur « Energie »
On s’intéresse maintenant au classement des variantes sur le seul contributeur « Energie »60 (correspondant à la phase d’utilisation du bâtiment). 59 La part des équipements est intégrée dans l'Energie pour les résultats novaEQUER (en orange), mais séparée dans ELODIE (en jaune). 60 Pour rappel, à la différence d’ELODIE, l’impact des équipements est intégré automatiquement dans le contributeur Energie de novaEQUER. Pour comparer les deux outils, on a donc ajouté dans ELODIE la contribution des équipements au contributeur Energie. 323/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Figure 36 : Radars de classement des variantes ASHRAE V2 sur les deux outils, contributeur « Energie »
Les deux outils donnent des résultats identiques en termes de classement (aucune inversion), avec toutefois des différences sur les écarts entre variantes pour certains indicateurs, en particulier la Consommation d’eau totale, les Déchets éliminés, et les Déchets radioactifs. 5.2.4 Résultats en valeur d’impacts
Sur ce cas simple, même si les résultats sont semblables en comparaison de variantes, on note globalement des écarts importants sur les résultats en valeur d’impacts. On distingue plusieurs catégories d’indicateurs : 




indicateurs avec des écarts relatifs très importants entre les deux outils (écarts supérieurs à 100 %, cf. Tableau 26) pour toutes les variantes : Déchets radioactifs et Formation d’ozone photochimique, indicateurs avec des écarts relatifs entre les deux outils plus ou moins significatifs selon les variantes : Consommation d’eau totale et Acidification atmosphérique, indicateurs avec peu d’écarts entre les deux outils (écarts inférieurs à 25 %, cf. Tableau 26) : Energie primaire totale, Déchets éliminés et Changement climatique. Pour exemple, la Figure 37 ci-dessous montre les résultats pour deux indicateurs (un avec peu d'écart et
un avec des écarts importants), et le
Tableau 26 présente les écarts relatifs à la moyenne entre les deux outils. Ces résultats (cf. résultats en annexes 18 et 19) pourront être utilisés dans la suite de l’étude pour expliquer et nuancer les inversions de classements de variantes entre les deux outils. 324/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Formation d'ozone photochimique
(kg éth./m²/an)
Energie primaire totale
(kWh/m²/an)
9,00E‐03
60,0
8,00E‐03
50,0
7,00E‐03
6,00E‐03
40,0
5,00E‐03
30,0
novaEquer
4,00E‐03
20,0
Elodie V2
3,00E‐03
2,00E‐03
10,0
1,00E‐03
0,0
0,00E+00
Cas 600
Cas 620
Cas 900
Cas 920
Cas 600
Cas 620
Cas 900
Cas 920
Figure 37 : Comparaison des valeurs d'impact entre les deux outils pour deux indicateurs
Cas 600 Cas 620 Cas 900 Cas 920 Energie primaire totale 1% 1% 4% 1% Consommation d'eau totale 26% 25% 36% 37% Déchets éliminés 7% 7% 24% 25% 107% 108% 116% 109% Changement climatique 5% 5% 11% 13% Acidification atmosphérique 27% 25% 28% 21% Formation d'ozone photochimique 147% 143% 127% 114% Déchets radioactifs Tableau 26 : Ecarts relatifs à la moyenne61 pour les valeurs d'impacts obtenues dans les deux outils ASHRAE V2
61 Des 4 variantes 325/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité 5.3 Analyse et interprétation des résultats
Pour interpréter les résultats obtenus, on utilise plusieurs outils : 


Les analyses de contribution, permettant d'identifier les sources potentielles d'écart entre les outils, répondant ainsi à la problématique de reproductibilité, Les analyses de sensibilité, permettant de tester la robustesse des conclusions en termes d'aide à la conception et de reproductibilité entre outils, La normalisation et l'agrégation des indicateurs, apportant un regard complémentaire pour la reproductibilité. 5.3.1 Analyses de contribution
5.3.1.1 Méthodes et outils utilisés
Pour répondre à l'objectif d'évaluation de la reproductibilité entre les deux outils62, on cherche à identifier les sources des écarts obtenus dans les résultats. Ceux‐ci peuvent avoir différentes origines: 


Les données environnementales utilisées : o pour les composants et équipements, o pour la mise à disposition de l’énergie, Les hypothèses liées aux durées de vie des composants, Les saisies des métrés du projet. Pour cela, le détail des impacts au sein de chaque contributeur, disponible en annexe 2063, facilite la comparaison entre les deux outils et permet d’affiner l'étude. Les résultats du contributeur « Composant » sont décomposés en quatre éléments64 : 



Mur : cloisons extérieures, Sol : plancher bas, Toit : ensemble des éléments de toiture, Fenêtre. Au sein du contributeur « Energie », les impacts entre les consommations d’énergie et la part des équipements est distinguée dans ELODIE mais pas dans novaEQUER65. Grâce à ce découpage par contributeur, on pourra identifier plus facilement les éléments significatifs pour chaque impact et les sources possibles des écarts. 62 On écarte ici les questions liées à l'éco‐conception. 63 Dans ces ratios, sur certains indicateurs, le total des contributions n'est pas égal à 100 % des impacts. Pour le changement climatique, les impacts négatifs des éléments de construction dans les deux outils viennent de la prise en compte du stockage du carbone par le bois. Pour les déchets radioactifs dans novaEQUER, cela est dû à des arrondis dans les sorties du logiciel. L'effet de ces arrondis aurait pu être corrigé "à la main" sur les résultats, cependant dans le cadre d'étude de la reproductibilité et dans un soucis de transparence sur les deux outils, on a jugé utile de les conserver tels quels. 64 Ce découpage en « lots » constructifs est celui des résultats de sortie donnés par novaEQUER. Les résultats d’ELODIE ont donc été traités de façon à correspondre à ce découpage et faciliter ainsi la comparaison. 65 Pour rappel, les impacts des équipements sont automatiquement intégrés dans le contributeur "Energie" de novaEQUER et ne sont pas distingués des impacts liés aux consommations d’énergie. 326/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Comparaison des données environnementales On rappelle que dans novaEQUER, les données environnementales sont issues de la base ECOINVENT version 2.2, tandis que dans ELODIE elles sont issues essentiellement de la base INIES pour le contributeur Composants et de DEAM66 pour les procédés énergétiques. En mettant en regard les valeurs d'impact pour chaque composant (produit de construction ou équipement) et pour chaque indicateur, on peut identifier de façon précise une différence dans les données environnementales. Comparaison des durées de vie La durée de vie typique (DVT) des composants influe sur les résultats de l'ACV, car le renouvellement d'un composant (produit de construction ou équipement) génère des impacts supplémentaires : il a lieu dès lors que la durée de vie du composant est inférieure à la durée de vie programmée (DVP) du bâtiment67. Dans ELODIE, la durée de vie est issue de la donnée environnementale utilisée68, et vaut généralement 30, 50 ou 100 ans. Dans novaEQUER, elle est donnée par grande catégorie : menuiseries (une valeur par défaut de 30 ans est considérée), revêtements (une valeur par défaut de 10 ans est considérée) et les autres composants, pour lesquels la durée de vie est automatiquement égale à la durée de vie programmée, soit 50 ans pour cette étude69. Dans ce cas d'étude, la comparaison des durées de vie pour tous les composants n'a montré aucune différence entre les deux outils. Saisie des métrés Une autre source d'écart entre les deux outils est liée à la collecte et à la saisie des données de métrés. En effet, ces données peuvent être directement issues de l'export d'une maquette numérique (depuis le logiciel ALCYONE pour novaEQUER, ou eveBIM pour ELODIE), ou bien saisie directement dans les outils. 66 Une mise à jour des données énergétiques est prévue en 2014. Mais pour le moment, il s’agit de données DEAM. 67 Il existe ici une différence dans les règles de coupure des deux outils : ELODIE considère un renouvellement dès que la DVT est dépassée, tandis dans la version actuelle de novaEQUER, les éléments ne sont plus remplacés si on atteint 90 % de la durée de vie du bâtiment 68 En réalité, la "durée de vie typique" du composant est prise par défaut égale à celle de la donnée environnementale choisie. On peut néanmoins modifier cette valeur, en renseignant la "durée de vie estimée" du composant. Cependant, dans le cadre de notre étude, aucune durée de vie n'a été modifiée. 69 Cela vaut pour tous les composants, sauf pour les portes et fenêtres pour lesquelles l'utilisateur peut paramétrer la durée de vie, égale à 30 ans dans notre étude (donnée par défaut novaEQUER), et pour les équipements (hypothèse intrinsèque au calcul d'impact de l'énergie effectué automatiquement par novaEQUER). 327/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Dans notre cas, les métrés proviennent du même document et ont été saisis dans les deux outils par le même utilisateur, limitant ainsi les risques d'écart70. 5.3.1.2 Eléments d'interprétation pour les différents indicateurs
Grâce aux méthodes présentées ci‐dessus, on propose dans cette partie d'interpréter les principaux écarts observés entre les deux outils sur les différents indicateurs. Cette interprétation n'est pas exhaustive, mais elle illustre la démarche adoptée, et présente les principales sources d'erreur identifiées pour la reproductibilité entre outils. Energie primaire totale Pas de problème de reproductibilité significatif sur cet indicateur. Celui‐ci est essentiellement piloté par le contributeur « Energie » (cf. ratios en annexe 17), pour lequel les mêmes valeurs d’entrée ont été saisies dans les deux outils (résultats de la STD menée sous PLEIADES). Consommation d'eau totale On observe un fort écart entre les deux outils sur cet indicateur : 

En termes de classement de variantes : ELODIE donne les quatre variantes quasiment équivalentes tandis que novaEQUER privilégie nettement les variantes 600/620 à inertie légère, En termes de valeurs d’impacts : on peut distinguer les variantes 600/620 pour lesquelles les résultats novaEQUER sont inférieurs à ceux d’ELODIE, des variantes 900/920 pour lesquelles ils sont supérieurs (cf. annexes 18 et 19). Tout d’abord, l’écart observé pour les variantes 600/620 entre les deux outils peut s’expliquer par la modélisation de la chaudière. Dans ELODIE, l’impact de la chaudière gaz est intégré à chaque variante en tant qu’équipement. L’analyse de l’indicateur Consommation d’eau (cf. les ratios détaillés des contributeurs en annexe 20) montre que la production de la chaudière contribue à 40 % de la valeur de l’indicateur (soit 6,9 L/m²/an). Dans novaEQUER, la chaudière est intégrée à la donnée de mise à disposition du gaz naturel (en tant qu’infrastructure). Les hypothèses d’amortissement sont vraisemblablement plus importantes ce qui conduit à réduire l’impact de la chaudière sur les résultats et notamment sur l’indicateur Consommation d’eau. L’écart observé pour les variantes 900/920 entre les deux outils peut s’expliquer quant à lui par le choix des données ACV sur le béton. En effet, pour 1 m3 de béton, la donnée ECOINVENT utilisée dans novaEQUER 70 La comparaison des métrés au cours de l'étude a toutefois permis d'identifier et de corriger une erreur grossière dans les quantités saisies dans ELODIE : quantité de béton saisie en m² pour une unité fonctionnelle en m3, multipliant les impacts du composant par 10... 328/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité présente une valeur de Consommation d’eau quatre fois plus importante que pour les données FDES utilisées dans ELODIE, issues du logiciel BeTie. Déchets éliminés Il n’y a pas de problème significatif de reproductibilité en comparaison de variantes sur cet indicateur. On observe néanmoins un écart relatif de l’ordre de 25 % pour les variantes lourdes 900/920 (cf. résultats en annexes 18 et 19) : celui‐ci vient probablement du scénario de fin de vie considéré pour l’ACV du béton. En effet, le ratio détaillé des contributions (cf. annexe 20) montre que le composant « Sol » pèse plus dans novaEQUER. En effet, l’option « simplifier en considérant tous les matériaux comme déchets inertes en fin de vie» ayant été choisie, novaEQUER considère que le béton utilisé est intégralement envoyé en décharge, tandis qu’ELODIE considère que 75 % est recyclé, réduisant fortement les impacts sur l’indicateur Déchets éliminés. Ainsi, pour les 2,19 m3 utilisés dans la dalle béton, novaEQUER considère 5256 kg de déchets tandis qu’ELODIE n’en considère que 1314 kg71. Pour améliorer la reproductibilité sur les valeurs absolues, il serait utile de reprendre les calculs avec les mêmes entrées dans les deux logiciels. Cependant, dans un objectif de comparaison de variantes, cette différence méthodologique n’est pas « problématique » selon notre champ de l’étude. Déchets radioactifs On constate un écart entre les deux outils sur cet indicateur en termes de classement de variantes, mais surtout en termes de valeurs d’impacts : les résultats ELODIE sont très supérieurs à ceux de novaEQUER, avec des écarts relatifs supérieurs à 100 % pour toutes les variantes (cf. résultats en annexes 18 et 19). L'analyse de contribution montre que l'indicateur Déchets radioactifs est essentiellement piloté par le contributeur « Composant » (contribution de l'ordre de 80 %). Or, les impacts de cet indicateur proviennent de l'utilisation de l'énergie nucléaire. Dans notre étude, comme on chauffe au gaz et non à l'électricité (pour 78 % d'origine nucléaire dans le mix français), les impacts du contributeur « Energie » restent faibles. La différence entre les deux outils peut s’expliquer par l’influence des données de production des matériaux72. 71 En considérant une masse volumique de 2400 kg/m3 pour le béton. 72 Il serait utile d’évaluer l’influence de la base de données Ecoinvent dans novaEQUER entre les version « Ecoinvent 2007 français », « Ecoinvent 2010 français » et « Ecoinvent 2010 français contextualisé ». 329/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Changement climatique Les deux outils donnent des conclusions légèrement différentes en termes de classement,
notamment pour la variante la plus impactante : variante « béton » 920 pour novaEQUER, et variante
« bois » 620 pour ELODIE. Cependant, les résultats en valeurs d’impacts sont très proches, avec un écart
relatif compris entre 5 et 13 % (cf.
Tableau 26). On peut donc considérer que cet indicateur n’est pas problématique en termes de reproductibilité, dès lors que les données d’entrée des deux outils sont plutôt cohérentes73. Le bilan CO2 du bois matériau est différent dans les deux outils. Les données de la fiche INIES se situent entre les données pour le bois certifié et non certifié considérées dans Equer, même si la mise en décharge est considérée en fin de vie dans les deux outils. Les écarts observés pour les variantes lourdes (11 et 13 %) peuvent s’expliquer en partie par la différence d’impact CO2 des données béton entre ECOINVENT et FDES. Une étude a justement mis en évidence un écart de 10 à 15 % entre les données ECOINVENT et les données BETie74 pour les impacts en émissions de CO2 d’1 m3 de béton. Mais la cause principale de l'écart est sans doute liée aux données sur les procédés (chauffage gaz). Acidification atmosphérique Pour cet indicateur, la reproductibilité est assurée en comparaison de variantes (même classement pour
les deux outils), mais pas en valeurs d’impacts. En effet, pour toutes les variantes, ELODIE est « audessus » de novaEQUER, avec un écart relatif compris entre 21 et 28 % (cf.
Tableau 26). L’analyse de contribution montre que les impacts sont essentiellement contrôlés par le contributeur « Composant » (de l’ordre de 70 % pour les deux outils). Or, les données environnementales utilisées dans ELODIE (base INIES) pour cet indicateur sont supérieures à celles utilisées dans novaEQUER (base ECOINVENT), et cela pour tous les matériaux. On peut donc supposer que cet écart est intrinsèque aux bases de données pour le calcul de cet indicateur. 73 On pourra tester par la suite la robustesse de cet indicateur à l’aide d’études de sensibilité. 74 BETon et Impacts Environnementaux. 330/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Formation d'ozone photochimique Cet indicateur donne des résultats très différents en comparaison de variantes et en valeurs d’impact :
ELODIE est supérieure à novaEQUER avec des écarts allant jusqu’à 147 % pour les variantes « bois » (cf.
Tableau 26). Cet écart est systématique quelle que soit la donnée, et vient de la base de données (et de la méthode de calcul de l’indicateur entre les deux approches) comme cela a été montré dans une étude précédente (Lasvaux et al, 2013). 5.3.1.3 Conclusions des analyses de contribution
Grâce à ces études de contribution, on a donc identifié plusieurs sources de problèmes en termes de reproductibilité entre les deux outils : 




Différence sur la modélisation et les données environnementales d'entrée pour un équipement (exemple de la chaudière gaz), Différence sur les données environnementales d'entrée pour un produit de construction (exemple de la donnée béton), Différence dans toutes les données environnementales pour un indicateur donné, intrinsèque aux méthodes de calculs des bases de données ECOINVENT et INIES (exemple de l’acidification atmosphérique), Modélisation du recyclage des composants (impacts évités ou méthode des stocks, exemple du recyclage du béton), Hypothèses concernant la production d'énergie (exemple du mix de production de l'électricité). 5.3.2 Analyse de sensibilité sur la DVP
Un autre outil intéressant pour analyser et interpréter les résultats d’une ACV est l’étude de sensibilité, en particulier dans le cas de la comparaison entre variantes. Elle consiste à faire varier un unique paramètre d’entrée, en observant l’influence sur les résultats finaux. Elle peut ainsi fournir ainsi des éléments d’aide à la décision (choix de l’alternative ayant le moins d’impacts), ou valider la fiabilité d’une ACV. Dans le cadre de notre étude, l’analyse de sensibilité répond à deux objectifs distincts : 

Au sein d’un même outil, tester la robustesse de chaque indicateur, en répondant notamment à des questions d’éco‐conception : la meilleure variante est‐elle toujours la même lorsqu’on fait varier un paramètre clé ? Autrement dit, le classement obtenu est‐il robuste ? En comparant les deux outils en termes de robustesse, apporter des éléments d’interprétation supplémentaires sur la reproductibilité. L’analyse de sensibilité a été effectuée en faisant varier la Durée de Vie Programmée (DVP) du bâtiment : 50 ans, 80 ans, 100 ans. 331/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité 5.3.2.1 Sur un même outil
Pour illustrer le propos, on utilise les résultats obtenus sur novaEQUER. Les conclusions sont sensiblement identiques dans ELODIE. Les résultats complets sont présentés dans l'annexe 22. 
Quelle est l’influence de la DVP en comparaison de variantes ? Les radars présentés en Figure 38 et le tableau d'inversion de classements en annexe 22 montrent les résultats obtenus sur novaEQUER en comparaison de variantes lorsqu’on fait varier la DVP. On observe plusieurs inversions de classement (en rouge dans le tableau), en particulier sur les indicateurs Déchets radioactifs, Changement climatique, et Acidification atmosphérique. Ces trois indicateurs sont donc moins robustes. Cependant, la meilleure variante reste la même pour tous les indicateurs. Les conclusions sont sensiblement identiques pour ELODIE : on observe des inversions de classement sur les indicateurs Consommation d’eau totale, Déchets radioactifs et Acidification atmosphérique, qui sont donc les moins robustes. On observe en plus que la meilleure variante change pour l’indicateur Déchets radioactifs : variante « bois » 600 pour une DVP inférieure égale à 50 ans, variante « béton » 900 pour une DVP supérieure à 50 ans. 332/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Figure 38 : Radars de classement des variantes ASHRAE V2 sur novaEQUER, DVP = 50, 80, 100 ans

Pour une variante donnée, quelle est l’influence de la DVP sur les résultats ACV ? Lorsqu'on augmente la DVP, les impacts du contributeur « Composant » restent sensiblement identiques (modulo les renouvellements de certains produits75), tandis que la part de l' « Energie » (correspondant à la phase d’utilisation du bâtiment) augmente. Le principal effet est la réduction globale des impacts76, dû à l’amortissement des impacts de production des différents composants (produits de construction et équipements). La Figure 39 illustre l’amortissement visible sur l’ensemble des indicateurs, en particulier ceux qui sont contrôlés par les composants : les Déchets radioactifs, la Consommation d’eau totale et les Déchets éliminés. 75 Les renouvellements ont peu d’influence dans novaEQUER, dans la mesure où la DVT des produits de construction est égale à la DVP, à l’exception des portes, fenêtres et équipements, qui pèsent peu dans notre étude. 76 On raisonne en impacts par an.
333/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Ratio relatif à DVP = 50 ans (%)
120%
100%
Energie primaire totale
80%
Consommation d'eau totale
60%
Déchets éliminés
Déchets radioactifs
40%
Changement climatique
Acidification atmosphérique
20%
Formation d'ozone photochimique
0%
0
20
40
60
80
100
120
DVP (ans)
Figure 39 : Pourcentage d’impacts ramenés à DVP = 50 ans (DVP = 50, 80, 100 ans) pour la variante 900
ASHRAE V2 sur novaEQUER
5.3.2.2 Comparaison entre les deux outils

Les résultats en comparaison de variantes sont‐ils identiques entre les deux outils lorsqu’on fait varier la DVP ? DVP = 50 ans
Class. 1ère
DVP = 80 ans
Class. 1ère
DVP = 100 ans
Class. 1ère
Energie primaire totale
Consommation d'eau totale
Déchets éliminés
Déchets radioactifs
Changement climatique
Acidification atmosphérique
Formation d'ozone photochimique
Tableau 27 : Comparaison des deux outils pour le classement des variantes et la meilleure variante (DVP
= 1, 50, 80, 100 ans) - ASHRAE V2
Le Tableau 27 ci‐dessus résume pour chaque DVP : 
Les inversions de classement77 (1ère colonne), inversion de classement pas d'inversion de classement
difficulté pour conclure
77 On estime qu'il y a "difficulté pour conclure" lorsque les différentes variantes sont trop rapprochées dans le classement de l'un ou l'autre des deux outils.
334/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 
Tâche 2.3 Reproductibilité Les différences sur la meilleure variante (2ème colonne) donnée par chaque outil. meilleure variante différente
meilleure variante identique
difficulté pour conclure
Un classement de la meilleure variante entre les deux outils jugé « difficile pour conclure » (code couleur orange) correspond à un écart de moins de 10% par rapport à la deuxième variante. Le schéma suivant illustre ce point avec le cas n°1 (un outil a un écart entre variantes de moins de 10%) et le cas n°2 (les deux outils ont un écart entre variantes de moins de 10%). Figure 40 : Illustration du cas « difficile pour conclure » entre les outils ELODIE et novaEQUER
On remarque que les résultats de reproductibilité en comparaison de variantes sont similaires lorsqu’on fait varier la DVP : les indicateurs problématiques restent la Consommation d’eau totale, les Déchets radioactifs, et la Formation d’ozone photochimique. Cependant, certains problèmes sont amortis lorsqu’on augmente la DVP : c’est le cas du Changement climatique et des Déchets radioactifs. La principale différence lorsqu’on passe d’une DVP de 50 ans à une DVP de 80 ans vient des renouvellements de certains produits de construction dans ELODIE (tous les produits dont la DVT est inférieure ou égale à 50 ans), tandis que novaEQUER ne considère pas ces renouvellements (DVT des produits de construction autres que les menuiseries et les revêtements égale à la DVP). 335/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 
Tâche 2.3 Reproductibilité Les écarts en valeurs d’impacts restent‐ils identiques entre les deux outils lorsqu’on fait varier la DVP ? Le Tableau 28 présente les plages de variation des écarts relatifs obtenus dans les valeurs d’impacts entre les deux outils et pour les quatre variantes. On constate là encore une rupture lorsqu’on passe d’une DVP de 50 ans à 80 ans, en particulier pour les indicateurs Déchets éliminés et Acidification atmosphérique, qui s’explique probablement par les différences entre les deux outils concernant le renouvellement des produits de construction. DVP = 50 ans DVP = 80 ans DVP = 100 ans 1 ‐ 4 % 11 ‐ 22 % 10 ‐ 21 % Energie primaire totale Consommation d'eau totale 25 ‐ 37 % 14 ‐ 66 % 21 ‐ 70 % Déchets éliminés 7 ‐ 25 % 4 ‐ 61 % 1 ‐ 64 % Déchets radioactifs 107 ‐ 116 % 137 ‐ 147 % 137 ‐ 146 % Changement climatique 5 ‐ 13 % 2 ‐ 4 % 2 ‐ 4 % Acidification atmosphérique 21 ‐ 28 % 62 ‐ 73 % 59 ‐ 72 % Formation d'ozone photochimique 114 ‐ 147 % 107 ‐ 137 % 97 ‐ 128 % Tableau 28 : Ecarts relatifs à la moyenne pour les valeurs d’impacts entre les deux outils (DVP = 1,50, 80,
100 ans) - ASHRAE V2
5.3.2.3 Conclusions de l’analyse de sensibilité sur la DVP
L’analyse de sensibilité permet de tirer plusieurs conclusions : 

Dans un objectif d’éco‐conception : dans les deux outils, le choix de la meilleure variante reste globalement le même lorsqu’on fait varier la DVP, même si on obtient des inversions de classements sur certains indicateurs, Pour les questions de reproductibilité : o On a identifié les indicateurs les moins robustes dans chacun des deux outils : Déchets radioactifs et Acidification atmosphérique dans les deux outils, Changement climatique dans novaEQUER, Consommation d’eau dans ELODIE, o On a identifié une nouvelle source de problèmes potentiels, concernant les hypothèses de renouvellement des produits de construction qui sont différentes dans les deux outils. 336/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité 5.3.2.4 Autres analyses de sensibilité
Il serait également intéressant de faire varier d’autres paramètres du modèle comme les scénarios de fin de vie, les règles de prise en compte du carbone biogénique, la donnée de mise à disposition de l’électricité (par exemple en considérant un mix marginal) ou du gaz naturel (par exemple en considérant des données fournies par les industriels du secteur78. 5.3.3 Autres outils d'interprétation
5.3.3.1 Normalisation des indicateurs
Dans la comparaison de variantes, il arrive que l’une des variantes soit plus performante sur certains indicateurs mais moins performante sur d’autres. Dans ce cas, il existe des méthodes permettant d’établir un ordre de priorité entre les indicateurs. Les normes de la série ISO 14040 concernant l’ACV utilisent le terme de normalisation : il s’agit de transformer les indicateurs environnementaux de manière à les exprimer dans une même unité, et ainsi faciliter l’interprétation multi‐critères. Les équivalents habitant‐année sont généralement utilisés ; c’est la méthode qui a été utilisée pour cette étude. On a utilisé pour cela les données de l'IFEN79, du CITEPA80, de l'ANDRA81, de l'ADEME et du ministère de l'Industrie, présentées dans l'annexe 23. La Figure 41 présente les résultats normalisés obtenus pour les deux outils, pour le cas 920 (représentatif des principales tendances observées pour les quatre variantes) : 78 Voir par exemple, l’étude ACV MARCOGAZ (Association Technique Européenne des Industriels du Gaz Naturel) sur la mise à disposition du gaz naturel : www.marcogaz.org/index.php/environmenthealthsafety 79 Institut Français de l’Environnement. 80 Centre Interprofessionnel Technique d'Etudes de la Pollution Atmosphérique. 81 Agence Nationale pour la gestion des Déchets Radioactifs.
337/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Cas 920
3
2,5
2
1,5
1
novaEquer
0,5
Elodie V2
0
Figure 41 : Comparaison des résultats normalisés entre les deux outils (résultats par habitant et par an),
cas 920 ASHRAE V2
On identifie ainsi les indicateurs les plus significatifs dans les deux outils en termes d’impacts environnementaux : l’Energie primaire totale, les Déchets éliminés, et le Changement climatique, qui sont justement peu problématiques en termes de reproductibilité, que ce soit en comparaison de variantes ou en valeurs d'impacts. Les indicateurs présentant les plus gros problèmes de reproductibilité ‐ la Consommation d'eau totale, les Déchets radioactifs, et la Formation d'ozone photochimique – ne sont pas mis en avant par la normalisation dans le cadre de notre périmètre d’étude (contributeur « Energie », poste chauffage, et composants couplés à la STD). 338/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Le Tableau 29 traduit de manière qualitative l'importance des différents indicateurs dans l'impact environnemental global des quatre variantes : Indicateur Poids Energie primaire totale +++ Consommation d'eau totale Déchets éliminés ++ Déchets radioactifs + Changement climatique +++ Acidification atmosphérique + Formation d'ozone photochimique + Tableau 29 : Indicateurs plus ou moins significatifs pour le cas d'étude ASHRAE V2 et selon la
normalisation utilisée
Ces résultats permettent de relativiser fortement les conclusions issues des études de contribution, et sont plutôt rassurant lorsqu'on questionne la reproductibilité : il y a certes des écarts entre les outils, mais pas sur les indicateurs les plus significatifs. Cependant, il faut garder à l'esprit que ces résultats ne sont valables que pour ce cas d'étude, avec des bâtiments très simplifiés mais surtout un périmètre restreint82. Ils dépendent également des coefficients de normalisation choisis. Ils ne sont donc en aucun destinés à être généralisés, mais juste à relativiser l'interprétation sur ce cas simple. 5.3.3.2 Agrégation des indicateurs
L'agrégation des indicateurs est une autre opération que l'on peut effectuer en vue de faciliter l'interprétation des résultats. Elle consiste à appliquer des coefficients aux résultats normalisés, avant de les sommer pour obtenir un unique indicateur sensé refléter l'impact global du bâtiment. De même que pour la normalisation, la norme ISO 14044 classe cette étape parmi les « éléments facultatifs » de l'ACV, qui peuvent être utilisés en fonction des objectifs et du champ de l'étude83. 82 Par exemple, le contributeur Eau qui pèse fortement sur l'indicateur Consommation d'eau totale est exclu du champ de l'étude. 83 On retrouve dans ces éléments facultatifs l'ensemble des opérations de normalisation, regroupement, et pondération définis dans la norme ISO 14044. 339/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Dans le cadre de cette étude, l'objectif est double: 

Identifier la meilleure variante à l'aide d'un indicateur unique (logique de simplification pour les décideurs), Compléter les conclusions tirées précédemment en termes de reproductibilité, en travaillant sur un indicateur de score unique, technique utilisée dans certaines ACV pour réduire la complexité du profil multicritère d’indicateurs environnementaux. La méthode retenue est celle des Ecopoints développée par le BRE84 : des poids (présenté en annexe 24) sont attribués à chaque indicateur préalablement normalisé pour obtenir le score unique représentant l'ensemble des impacts du bâtiment. Un score de 100 Ecopoints représente l'impact environnemental d'un habitant européen pour un an [BRE]. Même si cette méthode n’est pas forcément adaptée pour le contexte français, elle permet surtout de tester l'approche d’agrégation des indicateurs sur la reproductibilité. Dans notre étude, on ne s'intéresse qu'à sept des treize indicateurs utilisés dans la méthode. Les coefficients ont donc été recalculés dans le but de conserver un total égal à 100% (cf. annexe 24). On obtient les scores présentés dans la Figure 42 ci‐dessous : 1,8
1,8
1,6
1,6
1,4
1,4
1,2
1,2
Composant
1
0,8
Energie (dont la part
des équipements)
0,6
Part des équipements
0,8
Energie
0,6
0,4
0,4
0,2
0,2
0
Composant
1
0
Cas 600 Cas 620 Cas 900 Cas 920
Cas 600 Cas 620 Cas 900 Cas 920
Figure 42 : Ratios détaillés entre les contributeurs « Energie » et « Composant » pour chaque variante
ASHRAE V2 et pour les deux outils (Ecopoints BRE 2008)
84 Building Research Establishment
340/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité EQUER ELODIE ECARTS
Cas 600
1,28 1,30 1% Cas 620
1,39 1,41 1% Cas 900
1,28 1,20 6% Cas 920
1,59 1,46 9% Tableau 30 : Comparaison des résultats agrégés entre les deux outils (Méthode Ecopoints BRE 2008) ASHRAE V2
Cet exemple est intéressant car on obtient des scores relativement semblables entre les deux outils et pour les quatre variantes (écarts relatifs de 1 à 9 %), mais des classements de variante différents. En effet, selon ELODIE, la meilleure variante est le cas 900 (inertie lourde avec ouverture au Sud) avec un score de 1,2 Ecopoints, tandis que novaEQUER donne les cas 600 et 900 ex aequo avec un score de 1,28 Ecopoints. Encore une fois, la quantité d'hypothèses simplificatrices et le champ très réduit de l'étude ne permettent pas de généraliser ces résultats. Le détail entre les contributeurs « Energie » et « Composant » montre ainsi la prépondérance du contributeur « Energie » dans les scores des quatre variantes. Cela est dû au fort coefficient appliqué à l'indicateur Changement climatique (36,46 %), essentiellement géré par l'« Energie » dans notre étude. 5.4 Conclusions du cas simple « basse consommation »
5.4.1 Conclusion et synthèse des principaux résultats obtenus
Dans cette étude, la meilleure prise en compte du contributeur « Composant » a permis de mettre en évidence des écarts plus significatifs entre les deux outils que dans le cas ASHRAE V1, et d'en identifier les sources grâce aux différentes méthodes utilisées. Concernant l'aide à la décision, le cas 900 reste privilégié par les deux outils. 341/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité En termes de reproductibilité, les conclusions sont les suivantes : Pas ou peu de problèmes de reproductibilité (en comparaison de variantes) pour les 3 indicateurs significatifs dans la normalisation : 


Energie primaire totale, Déchets éliminés, Changement climatique. Reproductibilité en comparaison de variantes mais écarts en valeur d'impact pour un indicateur peu significatif dans la normalisation : 
Acidification atmosphérique. Problèmes de reproductibilité (en comparaison de variantes et en valeurs d'impact) indicateurs peu significatifs dans la normalisation : 


Consommation d'eau totale, Déchets radioactifs, Formation d'ozone photochimique. Le tableau suivant synthétise l'ensemble des résultats obtenus : 342/565
pour 3 BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité RADARS DE COMPARAISON DE VARIANTES (DVP = 50 ANS) TABLEAU RECAPITULATIF DES PRINCIPAUX ELEMENTS D'INTERPRETATION Comparaison de variantes : les deux outils donnent‐ils le même classement ? La même première variante ? Valeurs d'impacts : les écarts relatifs entre les impacts donnés par les deux outils sont‐ils importants ? Normalisation : l'indicateur est‐il significatif dans l'impact global des bâtiments ? Analyse de sensibilité : l'indicateur présente‐t‐il des problèmes de robustesse dans l'un ou l'autre des outils ? Comparaison de variantes Class.
1ère
Valeurs d’impacts Normalisation Ecarts
Poids Robustesse
Energie primaire totale 1 ‐ 4 % +++ Consommation d'eau totale 25 ‐ 37 % 7 ‐ 25 % ++ Déchets radioactifs 107 ‐ 116 % + Changement climatique 5 ‐ 13 % +++ Acidification atmosphérique 21 ‐ 28 % + Formation d'ozone photochimique 114 ‐ 147 % + Déchets éliminés 343/565
Analyse de sensibilité BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité 5.4.2 Limites de ce cas simple
Ce test fournit des éléments intéressants pour la reproductibilité. Cependant, il faut garder à l'esprit que le périmètre est réduit, qu'il s'agit toujours d'un cas simple, et que de nombreuses hypothèses le rendent éloigné et non représentatif de la réalité. En particulier, l'unité fonctionnelle n'est pas totalement respectée pour les quatre variantes, puisque le confort thermique n'est pas assuré. De nombreuses pistes d’approfondissement sont possibles sur ces cas d’étude. On peut noter par exemple les points suivants : 

Améliorer l'optimisation thermique des cas simple pour éviter l'inconfort d'été, et préciser l’équivalent fonctionnel pour améliorer la comparabilité des variantes, Tester d'autres systèmes de chauffage (bois, électricité, panneaux PV). Elargissement du périmètre d’étude aux autres postes de consommations énergétiques: 



Les autres postes d'énergie RT tels que l’ECS, la ventilation, l’éclairage, les auxiliaires, Les postes d’énergies spécifiques, Les autres composants et équipements (non couplés à la STD), mais aussi le contributeur « Consommation d’eau » pendant la phase de fonctionnement du bâtiment ou le contributeur « Chantier ». 5.5 Simulations complémentaires : démarche
Pour tester de nouvelles variantes, périmètres d’étude et fichiers météos, cinq nouvelles simulations85 ont été réalisées sur des périmètres réduit86 et complet87 : 1ère simulation :
 Test sur la reproductibilité des ACV comparatives de bâtiments existants
Cette simulation est basée sur la comparaison de 2 variantes constructives + 2 orientations de baies :
les 4 Cas ASHRAE 600, 620, 900, 920 en périmètre réduit (norme Ashrae, climat FR - Mâcon)
2ème simulation :
 Test sur la reproductibilité d’ACV comparatives avant/après réhabilitation
85
86
87
les trois tests de reproductibilité présentés dans ce rapport correspondent aux simulations 1, 2 et 3
voir la définition dans la partie 3
intégrant l’ensemble des contributeurs de l’ACV du bâtiment (à l’exception du transport des usagers)
344/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Cette étape consiste en une optimisation énergétique du cas de base pour le mettre en version
« BBC » sur un périmètre réduit, cela revient à faire l’ACV d’une rénovation de bâtiment que l’on
peut qualifier d’épave thermique
3ème simulation :
 Test sur la reproductibilité d’ACV comparatives de bâtiments neufs
Cette simulation s’appuie sur les 4 Cas ASHRAE 600, 620, 900, 920 sur un périmètre réduit et
complet (norme Ashrae modifiée « BBC », climat FR - Mâcon)
4ème simulation :
 Test sur la reproductibilité d’ACV comparatives de différentes solutions énergétiques
Cette étape correspond à la comparaison de différentes solutions énergétiques (bois, gaz naturel,
électrique) pour une seule variante (Cas 900), optimisée énergétiquement
5ème simulation :
 Test sur la reproductibilité d’ACV comparatives avec ou sans PV pour les postes RT (éclairage,
ventilation, auxiliaires) et les usages spécifiques
Cette simulation propose une comparaison de deux variantes avec ou sans PVen périmètre complet
selon différentes méthodes (Impacts évité (novaEQUER) ou allocation des Co-produits (ELODIE))
Pour ces simulations complémentaires, des mises à jour ont été effectuées par rapport au travail présenté dans ce rapport. Dans le logiciel Pléiades+Comfie, le fichier météo « Mâcon RT2012 » (et non « Mâcon TRY ») a été pris en compte. Il correspond à des données météorologiques plus récentes calculées sur la période 1981‐2010. La base de données Ecoinvent v2.2 contextualisée français étant maintenant disponible sous novaEQUER, elle a été choisie pour ces nouvelles simulations afin de pouvoir étudier distinctement les vecteurs énergétiques des équipements techniques qui sont dissociés dans cette base de données. En suivant cette démarche, plusieurs conclusions se sont dégagées de ces simulations complémentaires. Les annexes des parties 3, 4 et 5 présentent les résultats obtenus. 5.6 Simulations complémentaires : Résultats et interprétations
Dans un premier temps, il est possible d’affirmer que pour un cas simple peu performant énergétiquement, il n’y a pas de problème de reproductibilité en comparaison de variantes, excepté pour l’indicateur environnemental « Formation d’ozone photochimique » dont l’écart important s’explique par la différence de méthode de calcul entre Ecoinvent et la norme NF P 01‐010 utilisée dans les FDES pour cet indicateur. De même que pour des ACV comparatives avant et après réhabilitation, aucun indicateur ne présente de problème de reproductibilité. Pour des bâtiments performants énergétiquement (simulation n°3), supposés correspondre aux bâtiments ASHRAE V2, quelques problèmes de reproductibilité subsistent même après l’harmonisation de données ACV matériaux très différentes entre les deux outils. Les indicateurs environnementaux posant des 345/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité difficultés sont les suivants : Déchets radioactifs, Acidification atmosphérique, Formation d’ozone photochimique pour le périmètre réduit et seulement Déchets radioactifs pour le périmètre complet. En effet pour ce type de bâtiment en périmètre réduit, le contributeur composant devient prédominant. Or les deux outils utilisent une base de données différente au niveau de la production des matériaux. ELODIE utilisent majoritairement des FDES ou données génériques représentatives du contexte français avec une part d’électricité qui correspond au mix français (78 % d’énergie nucléaire) tandis que novaEQUER utilise des données ECOINVENT, pour partie contextualisées (p. ex. pour le béton, la brique terre cuite etc.) mais aussi des données moyennes Européennes. En périmètre complet, le contributeur composant est moins important par rapport aux consommations d’énergie. La différence de classement provient de l’écart présent entre les valeurs d’impact pour l’indicateur Déchets radioactifs des vecteurs énergétiques dans les deux outils (60 % d’écart entre les deux outils pour le vecteur énergétique gaz naturel et 15 % pour le vecteur énergétique électrique). Ensuite la comparaison des vecteurs énergétiques pour le chauffage (Simulation n°4) met en avant des problèmes de reproductibilité au niveau de la première variante pour quatre indicateurs: Energie primaire totale, Déchets éliminés, Acidification atmosphérique et Formation d’ozone photochimique pour une simulation en périmètre réduit, et Energie primaire totale, Consommation d’eau, Déchets éliminés et Formation d’ozone photochimique pour un périmètre complet. Les maisons étant strictement identiques les écarts entre variantes sont liés aux données ACV sur l’énergie : différences entre les vecteurs énergétiques ou au niveau des équipements techniques. De plus, les écarts sur les équipements ne concernent que la chaudière gaz. Pour la chaudière bois, les valeurs d’ELODIE ont été entrées à partir de celles de novaEQUER. Dans la variante électricité, aucun équipement n’est pris en compte. L’harmonisation des vecteurs énergétiques ainsi que de l’équipement pour le chauffage (chaudière gaz) rend par conséquent reproductibles les calculs comparatifs avec tous les indicateurs environnementaux. Le problème décelé sur l’indicateur Energie primaire totale provient spécifiquement du rendement considéré sous novaEQUER (la valeur par défaut de 87 % a été conservée pour les chaudières gaz et bois) alors qu’ELODIE affiche des rendements de 102 %88 pour la chaudière gaz et 75 %89 pour la chaudière bois. Un dernier problème de reproductibilité concerne l'évaluation des impacts de bâtiments BBC ou BEPOS équipés de PLE. Le livrable 2.1 a permis d'analyser les différentes méthodes. Dans notre exercice, le problème a été traité en comparant une variante de bâtiment avec et sans PV. Les résultats sur un bâtiment BEPOS montrent que malgré les différences d’impacts environnementaux obtenues entre chaque méthode, la comparaison d’un bâtiment Ashrae v2 avec et sans PV amène à préférer systématiquement le choix d’une variante avec PV quelle que soit la méthode choisie pour l’allocation des impacts de la PLE. Seul l’indicateur de Déchets éliminés amène à un classement différent. Le problème vient de la différence entre la méthode des impacts évités (utilisée sous novaEQUER) et la méthode de l’Allocation des Co‐Produits (assimilée à ELODIE). 88
89
Rendement considéré pour la donnée ecoinvent chaudière gaz
Rendement considéré pour la donnée ecoinvent chaudière bois
346/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Pour résumer, en termes de reproductibilité, les conclusions sont les suivantes : Pas ou peu de problèmes de reproductibilité (en comparaison de variantes) pour les quatre indicateurs suivant90: 



Energie primaire totale, Déchets éliminés, Changement climatique, Consommation d'eau totale. Problèmes de reproductibilité (en comparaison de variantes) pour trois indicateurs91: 


Déchets radioactifs, Formation d'ozone photochimique, Acidification atmosphérique. 90
91
plutôt significatifs après normalisation en années équivalents habitants
Toutefois, peu significatifs après normalisation en années équivalents habitants
347/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 6
Tâche 2.3 Reproductibilité TEST DE REPRODUCTIBILITE ENTRE OUTILS AU NIVEAU DES
RESULTATS DU CONTRIBUTEUR « COMPOSANT »
Dans cette partie, nous nous proposons d’aborder la question de la reproductibilité entre outils sous l’angle de la comparaison des résultats. Les nouveaux standards de bâtiments (BBC, RT 2012, BEPOS) entrainent une proportion plus significative d’impacts environnementaux induits par les matériaux dans le bilan global. Il est donc judicieux dans ce cas simple de questionner la reproductibilité des résultats à l’échelle du contributeur « composant ». Les problèmes de reproductibilité d’une ACV de bâtiment portent essentiellement sur l’estimation de la contribution des produits de construction aux impacts environnementaux des bâtiments au vu du nombre de saisies important et des choix dans les bases de données environnementales. C’est pourquoi la présente étude de reproductibilité sur les résultats se concentre exclusivement sur les impacts environnementaux des produits et matériaux de construction d’un bâtiment. Après avoir identifié les différences qui pouvaient exister entre les outils EQUER et ELODIE dans la partie 3.3, nous nous proposons d’en étudier certains en répondant aux questions suivantes à l’aide de l’étude de cas simple : -
-
Est‐il possible d’harmoniser les résultats sur le contributeur « Composant » ? Jusqu’où aller dans la généricité des données, par exemple combien de types de béton ou de types de données de durée de vie faut‐il considérer pour obtenir une précision acceptable ? Quelle est la sensibilité des résultats de l’ACV bâtiment aux méthodes de prise en compte des recyclages et des valorisations énergétiques ? Peuvent‐ils conduire à une décision différente sur la fin de vie ? (lien avec étude de cas précédente) Quelle est la sensibilité des résultats de l’ACV bâtiment à la méthode de prise en compte du carbone biogénique ? Devons‐nous considérer les mêmes impacts (en particulier CO2) pour du bois certifié ou non certifié ? (lien avec étude de cas précédente) Ces différents aspects ont été identifiés dans la grille de comparaison des outils d’ACV bâtiment (démarche présentée dans la partie 3 et positionnement de l’outil Elodie par rapport à chacun des aspects en annexes). Dans ce cas simple, seulement une partie des aspects reliés aux bases de données amont (Ecoinvent, données au format NF P01‐010 et FDES), aux bases de données intégrées aux logiciels (hypothèses sur le recyclage, le carbone biogénique, la granularité des données ACV p. ex. sur le béton, l’acier et le bois) et au contributeur composant (hypothèses pour la phase de production, de fin de vie) sont étudiés. 348/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité 6.1 Présentation du bâtiment étudié
Le bâtiment étudié est un bâtiment réel, c’est‐à‐dire dont la conception a mené à la construction de l’ouvrage. Ainsi les quantités de matériaux mises en œuvre sont représentatives de la pratique du monde de la construction. Il s’agit d’un immeuble de logement collectif R+5 avec un niveau de parking en sous‐sol ; il est situé en Seine‐Saint‐Denis. Il comporte 37 logements qui s’articulent autour de deux cages d’escaliers : la cage A dessert 21 appartements sur 6 niveaux et la cage B dessert 16 appartements sur 4 niveaux. Figure 43 : Vue d’architecte du bâtiment étudié
Initialement conçu et réalisé en structure béton, deux autres conceptions de ce bâtiment ont été réalisées : une en structure poteaux‐poutres acier et une autre en ossature bois. L’étude porte ainsi sur les trois modes constructifs les plus représentatifs du marché français. Les calculs de structure ont été réalisés par un bureau d’études structure. Les trois alternatives constructives du bâtiment ont été dimensionnées pour correspondre au même équivalent fonctionnel à savoir : ‐ Surfaces habitables équivalentes ; ‐ Performances thermiques équivalentes (RT2005, zone climatique H1a) ; ‐ Performances acoustiques équivalentes ; ‐ Conformes à la réglementation sur l’accessibilité aux personnes à mobilité réduite (PMR) en vigueur en 2011 ; ‐ Conformes à la réglementation sur la sécurité incendie en vigueur en 2011. 349/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité 6.2 Définition des objectifs et du champ de l’étude
L’objectif de cette étude est d’évaluer la reproductibilité des outils ACV existants sur les résultats des impacts environnementaux du contributeur « Composant ». Les écarts sur les matériaux, produits ou équipements peuvent avoir deux origines principales : ‐ Une différence sur l’estimation des quantités mises en œuvre dans le bâtiment ; ‐ Une différence sur les données environnementales utilisées. La première source d’écarts est étudiée dans la partie 4.1 sur la reproductibilité entre utilisateurs. Dans cette étude, il est proposé d’étudier la deuxième source d’écarts sur les résultats à savoir le choix des données environnementales dans une démarche quantitative. En travaillant à partir de ces trois alternatives constructives, on souhaite évaluer les influences des hypothèses sur les données ACV, notamment : ‐ l'influence de la représentativité géographique de la donnée environnementale ; ‐ l'influence de la granularité de la base de données environnementale ; ‐ l’influence de la méthode d’allocation du recyclage ; ‐ l'influence du scénario de fin de vie ; ‐ l'influence des durées de vie des produits; Ces hypothèses seront évaluées sur les principaux matériaux constitutifs du clos couvert des bâtiments à savoir : les matériaux béton, acier et bois. Ce travail de diagnostic vise à améliorer la reproductibilité des résultats à l’échelle du contributeur « Composant »92 pour un périmètre d’étude restreint. Le périmètre correspond aux lots suivants de la nomenclature HQE Performance; les autres postes (ex : revêtements, équipements, cloisonnements intérieurs, réseaux, etc.) ne sont ni évalués ni chiffrés : 92
Le fonctionnement du bâtiment n’étant pas pris en compte
350/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Tableau 31 : Périmètre HQE Performance pris en compte
Lot HQE Performance Composants pris en compte 2 – Fondations et infrastructure Ouvrages en fondations, dallage, porteurs verticaux et horizontaux d’infrastructure, isolants 3 – Superstructure ‐ Maçonnerie Porteurs verticaux et horizontaux de superstructure, planchers, toiture, balcons et loggias, murs séparatifs entre logements, murs entre logements et parties communes, isolants 4 – Couverture ‐ Etanchéité ‐
Charpente ‐ Zinguerie Isolation et étanchéité en couverture 5 – Cloisonnement ‐ Doublage ‐ Plafonds suspendus ‐ Cloisons intérieures, doublages, faux‐plafonds, portes de distribution Menuiseries intérieures 6 – Façades et menuiseries extérieures Enduit de façade, menuiseries en façade, bardages le cas échéant La figure 44 présente la proportion d’impacts induite par les lots 2 à 6 du contributeur « Composant » au sens de l’annexe technique HQE Performance pour toutes typologies de bâtiments93 (HQE, 2013). 93
La figure utilise les résultats statistiques de l’expérimentation HQE Performance 2011 pour estimer quelle part
des impacts environnementaux d’un bâtiment est due aux lots 2 à 6
351/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Figure 44 : Diagrammes circulaires représentant les pourcentages de contributions des lots 2 à 6 (parties
pleines des diagrammes) aux impacts d’un bâtiment pour les indicateurs environnementaux étudiés
(données cycle de vie complet)
Ces valeurs permettent de constater que le périmètre choisi pour cette étude sera représentatif de plus de deux tiers des impacts d’un bâtiment (hors formation d’ozone photochimique qui n’est dépendant des lots 2 à 6 qu’à hauteur d’un tiers). Les données environnementales étudiées correspondent aux : ‐ données Ecoinvent version 2.0 (2007) intégrées au logiciel novaEQUER ; ‐ données FDES et au format NF P01‐010 mises à disposition par les industriels français et prises en compte dans l’outil Elodie. Seules les phases de production et de fin de vie ont été considérées pour simplifier l’étude (en tenant compte cependant des taux de remplacement). Les méthodes de calcul des FDES et des données assimilées correspondent à celles de la norme NF P01‐010 (AFNOR, 2004). Les données Ecoinvent sont issues de la base de données SLCA regroupant les ICV et les impacts des données FDES et Ecoinvent (Lasvaux, 2010). 352/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Les méthodes de calcul des indicateurs des données Ecoinvent correspondent aux hypothèses Ecoinvent (Frischknecht et al, 2007) et EQUER (Polster et Peuportier, 1995). Les modélisations ont été réalisées sous le logiciel Elodie, logiciel permettant à l’utilisateur de créer ses propres données. La période d’étude de référence a été fixée à 50 ans. Pour les renouvellements de composants, les durées de vie d’ELODIE ont été utilisées (cf. Tableau 33). 6.3 Résultats et interprétations
Dans cette partie, les différents résultats des modélisations ACV sont présentés par graphique radar comparatif et par histogramme. La structure des études est identique : analyse et interprétation pour une quantité unitaire de matériau (unité fonctionnelle de 1 kg, 1 m² ou 1 m³) puis analyse et interprétation à l’échelle du bâtiment. Voici le plan des différentes études menées : Pour les données environnementales sur le béton Influence de la base de données environnementales [A] Influence de la granularité de la base de données environnementales [B] Pour les données environnementales sur l’acier Influence de la représentativité géographique de la donnée environnementale [C] Influence de la prise en compte du recyclage dans la donnée environnementale [D] Pour les données environnementales sur le bois Influence de la base de données environnementales [E] Influence de la prise en compte du carbone biogénique [F] Influence de la prise en compte du scénario de fin de vie du bois [G] L’ensemble des données environnementales utilisées et l’ensemble des tests réalisés sont disponibles dans les annexes 10 à 12. De plus, l’ensemble des résultats en valeurs absolues à l’échelle du bâtiment sont disponibles en annexe 14. 353/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité 6.3.1 Données environnementales sur le béton
L’étude est réalisée dans cette partie sur la variante en structure béton car nous supposons qu’il s’agit de la variante la plus sensible aux différences sur les données ACV sur les bétons. [A] INFLUENCE DE LA BASE DE DONNEES ENVIRONNEMENTALES Dans ce premier test, on cherche à évaluer l'influence de la base de données d’ACV pour une même formulation de béton c’est‐à‐dire comparer ecoinvent v2.0 par rapport à des données de producteurs français au format de la norme NF P01‐010. Une seule formulation de béton est utilisée pour l’ensemble des composants en béton présents dans le bâtiment. On réalise ensuite une analyse de sensibilité à l’aide de deux données ACV pour décrire ce matériau : ‐ Donnée Béton ECOINVENT – CEM I dosé à 300 kg/m³ (donnée générique ecoinvent 2.0) ‐ Donnée Béton BETie94 – CEM I dosé à 300 kg/m³ (donnée fabricant SNBPE95) [A1] Résultats à l’échelle du matériau (m³ de béton produit)96 94
Outil de calcul des impacts environnementaux des bétons prêts à l’emploi normés, développé par le SNBPE
Syndicat National du Béton Prêt à l’Emploi
96
Les conventions d’affichage des résultats d’énergie primaire totale dans le graphique sont les suivantes :
l’énergie récupérée est intégrée dans la valeur énergie primaire totale pour les données SNBPE (les 75MJ
récupérés sont comptés dans les 2105MJ) mais n’est pas sommée dans le cas des données Ecoinvent. Pour les
deux types de données, la valeur du flux d’énergie récupérée est reportée séparément.
95
354/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Figure 45 : Impacts environnementaux du béton entre deux bases de données (données de production) à
l’échelle du m3 de béton
La figure 45 présente les résultats obtenus sur trois indicateurs. Nous pouvons noter d’une part des différences entre les deux bases de données et d’autre part, les écarts ne sont pas toujours dans le même sens. La donnée ecoinvent 2.0 a une valeur d’énergie primaire totale beaucoup plus faible (1483 MJ) que la donnée des producteurs français (2105 MJ) soit près de 30%. Le constat est identique pour l’indicateur de changement climatique avec un écart certes un peu moins important (263 kg eq‐CO2 contre 290 kg eq‐CO2 soit ~10%). Une première explication de l’écart sur l’énergie primaire porte sur la non prise en compte dans l’indicateur énergie primaire d’Ecoinvent des énergies récupérées (p. ex. dans les cimenteries) contrairement à la donnée française. Dans le cas présent, elles représentent 341 MJ/m³. En les rajoutant aux 1483 MJ/m³, l’écart se réduit mais ne s’annule pas (Lasvaux, 2011). A l’inverse, l’indicateur de consommation d’eau est près de 4 fois plus faible dans la donnée française (écart de 374%). La majorité de la consommation d’eau provenant du processus de fabrication des granulats, nous pouvons supposer qu’une différence technologique (voies humide / sèche) entre la donnée ecoinvent sur les granulats et la donnée fournit par l’Union Nationale des Producteurs de Granulats (UNPG) peut expliquer la majeure partie de l’écart. Cette première étude montre que les écarts entre indicateurs ne sont pas toujours en faveur d’une base de données (ecoinvent est plus élevée sur deux indicateurs mais moins élevée sur un autre). Une étude plus poussée permettrait certainement de mieux comprendre les paramètres clés expliquant ces écarts (efficacité du processus de fabrication, distance de transport et d’approvisionnement, etc.). 355/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité [A2] Résultats à l’échelle du bâtiment Une fois le constat et l’analyse conduite à l’échelle du m³ de béton, il est intéressant de propager ces différences à l’échelle du bâtiment. La Figure 46 présente le diagramme comparatif entre les deux modélisations sur les 7 indicateurs étudiés dans les cas simples. Nous retrouvons les écarts observés à l’échelle du m³ de béton sur les indicateurs d’énergie primaire, changement climatique et consommation d’eau. Les écarts sont toutefois plus faibles que ceux observés à l’échelle du matériau mais restent non négligeables (~20% pour l’énergie primaire totale [1,8 kWh/m²/an] , ~10% pour le changement climatique [0,31 kg éq. CO2/m²/an] et ~50% pour la consommation d’eau [17,2 L/m²/an]). Figure 46 : Impacts environnementaux à partir de deux bases de données (données tout cycle de vie)
pour la variante en structure béton armé
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BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité [B] INFLUENCE DE LA GRANULARITE DE LA BASE DE DONNEES ENVIRONNEMENTALES Dans ce deuxième test, l’étude vise à évaluer l'influence de la granularité de la base de données environnementale pour décrire précisément l’impact environnemental de la structure en béton (intérêt de disposer de plusieurs formulations de béton dans une base de données ACV). L’étude est menée sur la variante en structure béton du bâtiment. Une seule base de données environnementales est utilisée pour ne pas introduire une variabilité des résultats liée à la base de données (comme constatée dans le test [A]). D’une part, on utilise une seule formulation de béton pour l’ensemble des ouvrages en béton présents dans le bâtiment, d’autre part on utilise les trois formulations de béton qui correspondent réellement à leurs usages dans le bâtiment (CEM I, CEM III, CEM V). Les données utilisées correspondent aux données récupérées à partir de l’outil BETie développé par le SNBPE et au format de la norme NF P01‐010) : ‐ Donnée Béton BETie – CEM II dosé à 280 kg/m³ ‐ XF1(F) ‐ C25/30 ‐ Donnée Béton BETie – CEM I dosé à 280 kg/m³ ‐ XF1(F) ‐ C25/30 ‐ Donnée Béton BETie – CEM III dosé à 260 kg/m³ ‐ XF1(F) ‐ C25/30 ‐ Donnée Béton BETie – CEM V dosé à 280 kg/m³ ‐ XF1(F) ‐ C25/30 [B1] Résultats à l’échelle du matériau (m³ de béton produit) Dans un premier temps, les données du SNBPE sont comparées pour 1 m³ de béton en faisant varier d’une part le dosage en ciment97 (280, 290 et 320 kg/m³ de béton) pour le même type de ciment (CEM I) et d’autre part la nature du ciment (CEM I, II, III, V) pour le même dosage (280 kg/m³). 97
La nature du ciment est fonction de la part de clinker et d’ajouts complémentaires. Pour plus de détails, se
référer à l’annexe 14.
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BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Figure 47 : Impacts environnementaux du béton prêt à l’emploi pour différents dosages (données de
production) à l’échelle du m3 de béton
On constate que plus le dosage en ciment du béton est important, plus les impacts environnementaux (ici changement climatique et énergie primaire totale) sont importants. En effet, le procédé de fabrication du ciment98 est très énergivore et fait généralement appel à des combustibles fossiles. Plus on en utilise dans un béton, plus l’impact environnemental du m³ de béton est élevé. Figure 48 : Impacts environnementaux du béton prêt à l’emploi pour différents ciments (données de
production) à l’échelle du m3 de béton
98
Cuisson du calcaire et de l’argile à haute température (1450°C environ) pour former le clinker
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BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Le type de ciment utilisé est également un paramètre important pour évaluer l’impact environnemental d’un béton. Les valeurs d’impacts présentées à la figure 48 montrent que pour un même dosage en ciment et les mêmes classes de résistance et d’exposition, l’utilisation d’un ciment CEM III réduit les impacts environnementaux par rapport au ciment CEM I. En effet, le clinker contrôle la majorité de l’impact du ciment et dans le même temps, les sous‐produits industriels (laitiers et cendres volantes notamment) incorporés dans les ciments alternatifs CEM II, III et V) ne sont pas chargés d’impacts actuellement dans les bases de données ACV99. A titre d’illustration, le tableau 32 présente les proportions de clinker et d’additions minérales dans les ciments courants. Nous notons que le % de clinker diminue à mesure que l’on passe du ciment CEM I à des ciments alternatifs (CEM II, III, V). Tableau 32 : Pourcentage de clinker et d’ajouts en cendres et laitiers pour différents ciments courants
(d’après la norme NF EN 197)
Type de ciment CEM I CEM II/A‐L CEM II/B‐M CEM V/A CEM III/A % de clinker 95% à 100% 80% à 94% 65% à 79% 40% à 64% 36% à 60% % d’ajouts 0% à 5% 6% à 20% 21% à 35% 36% à 60% 40% à 64% [B2] Résultat à l’échelle du bâtiment Après avoir évalué les paramètres influençant les impacts d’un mètre cube de béton, on réalise maintenant le travail à l’échelle du bâtiment avec deux jeux de données différents. D’une part, l’utilisation d’une seule formulation de béton pour l’ensemble des ouvrages en béton présents dans le bâtiment : ‐ Donnée Béton BETie – CEM II dosé à 280 kg/m³ ‐ XF1(F) ‐ C25/30 D’autre part on utilise les trois formulations de béton dans le bâtiment étudié (CEM I, CEM III, CEM V) représentatives de la pratique des chantiers: ‐ Donnée Béton BETie – CEM I dosé à 280 kg/m³ ‐ XF1(F) ‐ C25/30 ‐ Donnée Béton BETie – CEM III dosé à 260 kg/m³ ‐ XF1(F) ‐ C25/30 ‐ Donnée Béton BETie – CEM V dosé à 280 kg/m³ ‐ XF1(F) ‐ C25/30 99
Ecoinvent v2.0 ou données au format de la norme NF P01-010
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BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Les écarts que l’on a constatés de façon indépendante pour 1 m³ de béton peuvent donc ici être cumulés. La figure 49 présente les résultats comparatifs obtenus. On remarque des profils environnementaux sensiblement distincts entre les deux modélisations. La réduction de l’ensemble des ouvrages en béton à une seule formulation en béton a donc une influence sur les résultats à l’échelle du bâtiment : les formulations réellement en œuvre sur chantier ont moins d’impacts sur l’environnement que la seule formulation en CEM II dosé à 280kg/m³. Les indicateurs liés aux rejets dans l’air y sont notamment très sensibles (changement climatique, acidification atmosphérique, formation d’ozone photochimique). L’indicateur énergie primaire totale est également sensible à ce paramètre dans une moindre mesure (de l’ordre de 7% [0,65 kWh/m²/an]). Ces résultats s’expliquent la proportion de ciments alternatifs (CEM II et V) utilisés dans la variante « 3 bétons BeTie chantier ». Utiliser une donnée environnementale d’un béton avec un dosage en ciment qui ne correspond pas à la réalité du chantier peut donc mener à un écart sur les résultats ACV. Figure 49 : Impacts environnementaux en fonction de différentes données sur le béton (données tout
cycle de vie) pour la variante en structure béton armé
Sur les chantiers, différentes formulations de béton sont utilisés en fonction notamment des types d’ouvrages et des éléments concernés (fondations superficielles, profondes, éléments porteurs horizontaux, verticaux, peu sollicités, fortement sollicités etc.). Modéliser des systèmes constructifs en béton armé en utilisant une donnée générique pour le béton semble, dans cette étude de cas, acceptable en phase amont d'un projet mais l'usage de données spécifiques est préférable en conception plus détaillée. 360/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité De plus, la disponibilité des ciments en France n’est pas la même en fonction des régions françaises. En effet, même si en théorie on peut utiliser n’importe quel type de ciment pour n’importe quel usage (car on peut obtenir les classes d’exposition et de résistance souhaitées du béton avec n’importe quel ciment, seul le temps de séchage diffère), la pratique sur chantier impose d’utiliser des ciments différents. Et pour cause, l’approvisionnement en ciment est lié à la localisation géographique du chantier et va réduire la disponibilité de certains ciments pour le constructeur. Une cimenterie française donnée ne produit pas tous les types de ciment mais seulement certains, le bétonnier à qui le constructeur passe commande va donc être dépendant des productions de cimentiers locaux pour son approvisionnement (cf. annexe 12 pour constater les inégalités d’implantation des cimenteries en France). 6.3.2 Données environnementales sur l’acier
L’étude est réalisée dans cette partie sur la variante en structure béton car nous supposons qu’il s’agit de la variante la plus sensible aux données sur l’acier de ferraillage. Dans un deuxième temps, l’étude sera menée sur la variante structurelle en acier (poteaux‐poutres). [C] INFLUENCE DE LA REPRESENTATIVITE GEOGRAPHIQUE DE LA BASE DE DONNEES ENVIRONNEMENTALES Dans ce troisième test, on cherche à évaluer l'influence de la représentativité géographique de la donnée sur l’acier de ferraillage. Pour cela, deux données ACV sur l’acier de ferraillage représentant deux zones géographiques sont utilisées : ‐ Donnée européenne sur l’acier de ferraillage ECOINVENT (Classen et al, 2007) ‐ Donnée française sur l’acier de ferraillage DIOGEN (Gomès et al, 2012) 361/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité [C1] Résultats à l’échelle du matériau (1 kg d’acier produit) Figure 50 : Impacts environnementaux de l’acier de ferraillage pour différentes représentativités
géographiques (données production et fin de vie uniquement) à l’échelle du kg d’acier
La donnée acier de ferraillage ECOINVENT possède une représentativité géographique pour l’Europe alors que la donnée DIOGEN décrit l’impact environnemental des barres d’acier à béton livrés sur les chantiers français. Pour ces deux données, le recyclage de l’acier est pris en compte par la méthode des stocks (procédé de recyclage affecté à 100% à la phase de production). Sur ces trois indicateurs, l’acier français a un impact systématiquement plus faible. On constate des différences significatives de l’ordre de 60 à 170 % sur les trois indicateurs présentés ici (changement climatique, énergie primaire totale et consommation d’eau). Le principal paramètre qui explique ces différences est le contenu recyclé en production. Alors que la donnée ecoinvent correspond à une proportion de 63% de filière haut fourneau (vierge) et 37% de fours électrique (recyclé), la donnée française correspond à 2% de filière haut fourneau mais 98% de filière électrique. Par extrapolation, on peut même dire qu’elle se rapproche d’une donnée acier 100% recyclé (en dehors du procédé de fabrication et des distances de transport adaptées pour le contexte français). 362/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité [C2] Résultats à l’échelle du bâtiment On constate qu’à l’échelle du bâtiment, les différences induites par la représentativité géographique de la donnée ne sont pas aussi marquées que dans l’étude précédente. Ces différences restent néanmoins sensibles à l’échelle du bâtiment (dans la mesure où seule une donnée ACV a été modifiée entre les deux variantes) et pour tous les indicateurs environnementaux étudiés l’écart est environ de 10% et même 20% pour la consommation d’eau [3,9 L/m²/an]. Les indicateurs de flux sur les déchets sont très proches entre les deux données, dans la mesure où cet indicateur est plutôt contrôlé par les volumes de bétons mis en décharge. Dans le même temps, les aciers de ferraillage sont considérés recyclés en fin de vie à hauteur de 87% (WorldSteel, 2008). Figure 51 : Impacts environnementaux en fonction de différentes données sur l’acier de ferraillage pour la
variante en structure béton armé (données tout cycle de vie)
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BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité [D] Influence de la prise en compte du recyclage dans la donnée environnementale Cette partie fera l’objet d’une mise à jour dans la version 2 du livrable sur la reproductibilité. 6.3.3 Données environnementales sur le bois
L’étude est réalisée dans cette partie sur la variante en ossature bois car c’est la plus sensible aux données bois. [E] INFLUENCE DE LA BASE DE DONNEES ENVIRONNEMENTALES Dans ce cinquième test, on cherche à évaluer l'influence de la base de données environnementales pour les éléments en bois (ossature en bois massif, OSB, bardage bois). On travaille avec la variante en ossature bois et on utilise des données sur le bois (bois d’ossature, contreventement en OSB, bardage extérieur en résineux) provenant de deux bases de données environnementales : ‐ Données Bois ECOINVENT (donnée générique européenne) ‐ Données Bois FDES du FCBA100 (donnée française) 100
Institut technologique Forêt Cellulose Bois construction Ameublement (FCBA)
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BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité [E1] A l’échelle du matériau (1 tonne de bois) Figure 52 : Impacts environnementaux du bois de structure entre deux bases de données (données
production et fin de vie) à l’échelle de la tonne de bois
Pour ces deux données, le stockage du carbone biogénique lors de la croissance de l’arbre est pris en compte. Cela signifie que l’on considère que la forêt dont est issu le bois est gérée de façon durable (autrement dit que le bois est certifié FSC ou PEFC par exemple). Le bois prélevé de la forêt est remplacé par un nouvel arbre, ainsi l’action d’utiliser du bois certifié est considérée comme un stockage de carbone (CO2 capté par la plante lors de sa croissance) et les émissions de CO2 de la phase de production sont négatives. De plus, pour les deux données, on considère que le bois est mis en décharge en fin de vie : le CO2 n’est donc pas totalement réémis même si une partie se dégrade en CH4 dans la décharge. A l’échelle d’une tonne de bois, on constate une différence marquée sur l’indicateur changement climatique (51% d’écart) entre les deux bases de données. L’indicateur énergie primaire totale est plus proche avec un écart de 11%. Le même travail de comparaison a été réalisé sur les données OSB et bardage bois. Les résultats ne sont pas présentés ici mais les conclusions faites sur l’indicateur changement climatique sont les mêmes que sur le bois de structure. 365/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité En revanche sur l’énergie primaire, ce sont cette fois‐ci les FDES du FCBA qui sont supérieures aux données ECOINVENT : c’est donc une variation dans le sens contraire de la comparaison faite pour le bois de structure. [E2] A l’échelle du bâtiment Figure 53 : Impacts environnementaux en fonction de deux bases de données (données tout cycle de vie)
pour la variante à ossature bois
Pour les indicateurs énergie primaire totale, consommation d’eau, déchets éliminés et déchets radioactifs les différences entre les deux données sont minimes à l’échelle du bâtiment. Pourtant, pour l’énergie primaire totale (EPT), malgré des écarts entre les deux bases de données à l’échelle de chacune de trois données bois, on ne constate pas d’écart marqué à l’échelle du bâtiment. Ceci est dû à une compensation des écarts entre les trois produits en bois du bâtiment (ossature en bois massif, bardage bois et OSB) : si l’on prend la donnée ECOINVENT comme référence, les trois FDES des produits en bois sont, pour certaines, supérieures en énergie primaire à la donnée ECOINVENT, pour d’autres inférieures. Le bois étant le plus important contributeur sur cet indicateur EPT, on devrait constater les écarts à l’échelle de la tonne de bois de la figure 52. Ce n’est donc pas un effet d’échelle, c’est‐à‐dire un 366/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité masquage des écarts par une faible quantité mise en œuvre dans le bâtiment, qui explique cette différence de constats entre la figure 52 et la figure 53 mais bien une compensation entre écarts positifs et négatifs. En revanche les indicateurs liés aux rejets dans l’air (changement climatique, acidification atmosphérique et formation d’ozone photochimique) sont très différents entre les deux données. [F] INFLUENCE DE LA PRISE EN COMPTE DU CARBONE BIOGENIQUE Dans ce sixième test, on cherche à évaluer l'influence de la prise en compte du carbone biogénique pour les matériaux à base de bois. Prendre en compte le carbone biogénique revient à considérer que le bois est certifié (FSC ou PEFC par exemple). Pour ce faire, on étudie la variante en ossature bois du bâtiment. On utilise la base de données ECOINVENT, car la base INIES ne permet pas de jouer sur la prise en compte du carbone biogénique. On utilise des données sur le bois avec ou sans carbone biogénique : ‐ Données Bois ECOINVENT avec carbone biogénique (donnée bois certifié) ‐ Données Bois ECOINVENT sans carbone biogénique (donnée bois non certifié) [F1] Résultats à l’échelle du matériau (1 tonne de bois) Figure 54 : Impacts environnementaux du bois de structure avec et sans prise en compte du carbone
biogénique (données production et fin de vie) à l’échelle de la tonne de bois
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BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité On compare ici des données environnementales issues de la même base de données, ce sont seulement les hypothèses de comptabilité du carbone biogénique qui varient. En effet, on constate que l’énergie primaire totale est identique pour les deux données. Et pour cause : on a la même quantité de bois, provenant des mêmes forêts suivant les mêmes procédés de fabrication, possédant le même pouvoir calorifique. En revanche, l’indicateur changement climatique est différent, si l’on prend en compte le carbone biogénique avec une mise en décharge du bois en fin de vie, l’indicateur sur le cycle de vie complet est négatif alors qu’il est positif si l’on ne considère pas le carbone biogénique. [F2] Résultats à l’échelle du bâtiment On utilise deux données provenant de la même base de données et l’on constate que la prise en compte du carbone biogénique n’a d’impact que sur l’indicateur changement climatique, les autres sont rigoureusement identiques. Pour le changement climatique, la prise en compte du carbone biogénique réduit de plus de 80% le bilan carbone à l’échelle du bâtiment. Ce paramètre pour les produits à base de bois est donc prépondérant pour cet indicateur et ce choix de données doit être fait au regard de l’origine réelle du bois. Figure 55 : Impacts environnementaux avec et sans prise en compte du carbone biogénique (données tout
cycle de vie) à l’échelle de la variante à ossature bois
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BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité [G] INFLUENCE DU SCENARIO DE FIN DE VIE DE LA DONNEE ENVIRONNEMENTALE Dans ce septième test, on cherche à évaluer l'influence du scénario de fin de vie pour les matériaux à base de bois. Pour ce faire, on étudie la variante en ossature bois du bâtiment. On utilise la base de données ECOINVENT, car la base INIES ne permet pas de jouer sur le scénario de fin de vie. On utilise des données sur le bois avec carbone biogénique et avec différents scénarios de fin de vie : ‐ Données Bois ECOINVENT avec mise en décharge ‐ Données Bois ECOINVENT avec incinération sans valorisation énergétique ‐ Données Bois ECOINVENT avec valorisation matière [G1] Résultats à l’échelle du matériau (1 tonne de bois) Pour les trois données comparées ici, le carbone biogénique est pris en compte : on compare ici les scénarios de fin de vie. On constate que l’incinération du bois tend à rendre le bilan carbone de la tonne de bois nul : le carbone capté par l’arbre en croissance est réémis dans l’atmosphère en l’incinérant (aux imbrûlés près). La mise en décharge ne réémet que 15 % de ce CO2 (hypothèse FDES FCBA : dégradation du bois en décharge sur 100 ans) et le recyclage ne réémettent pas ce CO2. Concernant l’indicateur énergie primaire totale, les trois scénarios ont des impacts très proches. En effet, la phase de fabrication est la même pour les trois données, seules les hypothèses de transport et traitement en fin de vie diffèrent et expliquent les légers écarts constatés. L’incinération est ici comparable aux autres car aucune valorisation énergétique n’est faite en fin de vie : l’étude de la valorisation énergétique lors de l’incinération pourra être étudiée dans une deuxième version du rapport. 369/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Figure 56 : Impacts environnementaux du bois de structure en fonction du scénario de fin de vie (données
production et fin de vie) à l’échelle de la tonne de bois
370/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité [G2] Résultats à l’échelle du bâtiment Figure 57 : Impacts environnementaux en fonction du scénario de fin de vie à l’échelle de la variante à
ossature bois (données tout cycle de vie)
On constate que l’incinération ou la valorisation matière (autrement appelée recyclage) réduit de 20% les déchets éliminés [0,95 kg/m²/an] (plus précisément les déchets non dangereux éliminés, le bois étant classé, comme déchet non dangereux). Le scénario de fin de vie a également une influence marquée sur l’indicateur changement climatique avec un écart de près de 80% [1,4 kg éq. CO2/m²/an] entre l’incinération et les autres scénarios de fin de vie (mise en décharge et valorisation matière). Les différences constatées à l’échelle de la tonne de bois sont donc propagées et visibles à l’échelle du bâtiment pour cet indicateur. 6.3.4 Données environnementales génériques non contextualisées vs. données
de producteurs livrant en France
On souhaite comparer ici deux approches en ACV pour la contribution aux impacts environnementaux d’un bâtiment des matériaux : l’utilisation d’une base de données génériques non contextualisée pour le marché 371/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité français (type ECOINVENT) par rapport à l’utilisation d’une base données de producteurs livrant leurs produits sur les chantiers en France (type INIES). Pour ce faire, on compare les deux approches sur l’alternative béton du bâtiment. On utilise d’une part : ‐ 1 donnée béton ECOINVENT (CEM I dosé à 300kg/m³) ‐ 1 donnée acier de ferraillage ECOINVENT (donnée européenne) D’autre part : ‐ 3 données béton BETie (CEM I 280 kg/m³, CEM III 260 kg/m³ et CEM V 280kg/m³) ‐ 1 donnée acier de ferraillage DIOGEN (donnée française) Figure 58 : Impacts environnementaux en fonction du type de base de données environnementale pour la
variante en structure béton armé (données tout cycle de vie)
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BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité A l’échelle du bâtiment, les écarts identifiés séparément dans les études précédentes (test [B] et test [C]) s’accumulent. Les profils environnementaux des deux jeux de données sont sensiblement différents à l’échelle du bâtiment. 6.3.5 Influence des durées de vie des produits
Au‐delà des différences sur les valeurs d’impacts environnementaux entre bases de données environnementales, une autre hypothèse sur les données environnementales a son importance sur la reproductibilité des résultats entre études ACV : la durée de vie (DDV) de chacun des produits. En effet, sur toute la durée de vie d’un bâtiment, certains matériaux et équipements à durées de vies plus courtes que celle du bâtiment, devront être remplacés. Ce sont généralement les revêtements de sols / murs / plafonds, les menuiseries et les équipements techniques qui sont remplacés. Ces remplacements sont fonction de la durée de ces derniers et vont directement jouer sur les résultats d’une étude ACV. Exemple du remplacement des fenêtres d’un bâtiment Figure 59 : Représentation schématique de deux scénarii de remplacements de fenêtres (Durées de Vie
Typiques [DVT] de 20 et 30 ans) pour deux Durées de Vie Programmées [DVP] d’un bâtiment
Comme représenté sur la figure ci‐dessus, pour une durée de vie du bâtiment [DVP] de 55 ans (diagramme de droite), on aura un nombre de remplacements différents (respectivement 1 et 2) pour les fenêtres car elles ont des durées de vie différentes [DVT] (respectivement 20 et 30 ans). C’est un constat assez évident mais si l’on regarde pour une durée de vie du bâtiment de 35 ans, on aura le même nombre de 373/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité remplacements et donc les mêmes résultats ACV. Les durées de vie jouent donc bien sur les résultats ACV, mais pour des cas particuliers, des DVT différentes peuvent amener au même nombre de remplacements. Il n’y a donc pas de règle linéaire qui lie le nombre de remplacements à la durée de vie du bâtiment101. Résultats d’impacts environnementaux pour différents jeux de durées de vie Dans la présente étude de cas utilisée jusqu’ici, le bâtiment ne contenait pas de revêtements ni de cloisons intérieures. Pour cette étude complémentaire sur les durées de vie, les composants suivants ont donc été rajoutés : cloisons de plâtre séparatives des pièces d’un logement, portes de distribution intérieures, revêtements de sol (carrelage et parquet), revêtements des murs et plafonds (peinture). Pour les composants sujets à remplacements (cloisons légères, revêtements, isolants, menuiseries), on utilise les mêmes données environnementales quel que soit le jeu de durées de vie utilisé pour ne pas introduire un biais supplémentaire lié aux écarts qui ont été constatés dans les études précédentes. Pour les autres composants, c’est‐à‐dire les parties structurelles, le cas « BDD fabricants livrant en France » de l’étude précédente a été repris. Il est estimé qu’aucun élément des parties structurelles n’est remplacé pendant la vie en œuvre, ce qui correspondrait à une rénovation lourde. L’étude a porté sur trois périodes de référence: 50 ans, 80 ans et 100 ans. Les jeux de durées de vie utilisés pour déduire le nombre de remplacements des composants sont répertoriés dans le Tableau 33 ci‐dessous. 101
Il est d’usage de considérer des nombres de remplacements entiers. Il est possible d’utiliser des
remplacement partiels - p. ex. 1,25 remplacements pour un produit dont la durée de vie est données à 40 ans
et pour une période de référence de 50 ans – ce qui rendrait la relation linéaire.
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BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Tableau 33 : Cinq jeux de durées de vie utilisés pour déduire le nombre de remplacements
DVT ELODIE(1) DVT PAR DEFAUT(2) Isolant sous dalle 50
100
100
100 100
Enduit monocouche en façade
50
100
10
15 25
Isolant sous dalle porche et rampe de parking 50
100
50
50 50
Doublage verticaux 50
100
30
40 55
BA13 Faux plafond (porche et rampe de parking)
50
100
20
30 50
Isolant pour rupteurs de ponts thermiques 50
100
100
100 100
Chape sur isolant 50
100
100
100 100
Isolant sous chape 50
100
100
100 100
Revêtement sols : Carrelage 50
10
10
40 60
Revêtement sols : Parquet 100
10
10
40 60
Revêtement murs : Peinture 30
10
10
15 25
Revêtement plafonds : Peinture
30
10
10
15 25
Cloisons intérieures 50
100
20
30 50
Fenêtres 30
30
25
30 40
Portes intérieures 50
30
25
30 40
Isolants 50
100
50
50 50
Membranes Étanchéité 50
100
20
25 30
Composants remplacés sur la DVP DVT 1er DVT 2eme DVT 3eme Quartile(3) Quartile(4) Quartile(5) (1)
(2)
(3)
(4)
(5)
Durées de Vie des FDES pour chacun des composants (durées de vie déclarées par les fabricants) Durées de Vie par défaut (uniquement pour les portes/fenêtres et revêtements) Durées de Vie de la littérature (1er Quartile de l’échantillon de données) Durées de Vie de la littérature (2ème Quartile de l’échantillon de données, soit la médiane) Durées de Vie de la littérature (3ème Quartile de l’échantillon de données) Les durées de vie « Durées de Vie de la littérature » ont été constituées à partir de données collectées par le CSTB dans la littérature technique et scientifique et augmenté d’une contribution du département B.E.S.T. du Politecnico di Milano et de données issues d’une expérimentation impliquant des partenaires du CSTB du réseau SB Alliance. L’ensemble des données collectées a été retraité pour « coller » aux catégories de niveau II de la base INIES. Ce retraitement a consisté à : 1. Agréger les données dans les catégories de la base INIES les plus « proches » ; 2. Attribuer aux catégories pour lesquels aucune données n’existait les 375/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité valeurs d’une catégorie voisine ; 3. Eliminer les valeurs aberrantes et jugées hors champ (p. ex. DDV de 200 ans). Liste partielles des sources bibliographiques utilisées :
• PI BAT. “Vieillissement des éléments de construction et coût d’entretien. Données pour l’entretien et la rénovation des immeubles d’habitation”. Office fédéral des questions conjoncturelles, 1995, pp.110. • SCHL‐CMHC. “La durée de vie utile des matériaux et équipements techniques des édifices résidentiels de moyenne et grande hauteur”. Rapport de recherché, Canada, DOI : ftp://ftp.cmhc‐
schl.gc.ca/mah/fr/French_Version_Capital_Replacement_Planning_Manual.pdf; 2000, pp. 74. • MINNESOTA BUILDING. Center for Sustainable Building Research. DOI: http://www.buildingmaterials.umn.edu/materials.html; 2004, (accessed: 13.03.2013). • ALBANO JR. “Maintenance des bâtiments En 250 fiches pratiques”. Deuxième édition. Librairie du MONITEUR, France, 2005, pp. 492. • GREENSPEC. DOI: http://greenspec.co.uk/html/durability/durabilitycontent.html; 2013, (accessed: 13.03.2013). • HOME INSPECTION. DOI: http://www.atdhomeinspection.com/average‐product‐life.htm; 2010, (accessed: 13.03.2013). • OPAC 38. “Projet global, qualité entretien. Evaluation des besoins en entretien”. France, 1993. • KURTI I. “Ubereinstimmung der Lebensdauer des Konstruktionen und der Funktionellen Zeitgemässheit von Wohnhäusern”. Periodica Polytechnica Architectura, 15(n°3‐4). 1971, pp. 195‐219. • LAIR J. “Évaluation de la durabilité des systèmes constructifs du bâtiment”. PhD thesis, Université Blaise Pascal Clermont II, Clermont Ferrand, France, 2000, pp. 246. • PERET J. “Guide de maintenance des bâtiments”. Paris. Ed: Le Moniteur, France, 1995, pp. 431. • Unpublished, 2013. Data gathered by CSTB from a French Building Property Management company. • Various publications from the International Conference on Durability of Building Materials and Components (DBMC). • Unpublished, 2013. Data gathered by BEST ‐ Politecnico di Milano‐CSTB. 376/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Sur les graphiques radars ci‐après sont confrontés les impacts environnementaux pour les deux jeux de durées ELODIE et PAR DEFAUT (en traits plein) que l’on peut comparer aux données de la littérature (traits pointillés ‐ 1er, 2ème et 3ème quartiles de l’échantillon). BÂTIMENT BYCN – ALTERNATIVE BETON DVP 50 ans DVP 80 ans DVP 100 ans 377/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Figure 60 : Impacts environnementaux des cinq jeux de DDV pour trois DVP (50 ans, 80 ans, 100 ans)
Le premier constat est que les deux jeux de données des deux outils amènent à des résultats significativement différents à l’échelle du contributeur composant quelle que soit la durée de vie du bâtiment considérée. Le jeu de durées de vie ELODIE induit des impacts environnementaux plus faibles que le jeu PAR DEFAUT (hormis pour la formation d’ozone photochimique). Deux différences existent entre ces jeux de données : le nombre de composants sujets à remplacements et la durée de vie de ceux‐ci. Le nombre de composants remplacés est plus important pour le jeu ELODIE, on pourrait donc s’attendre à avoir sur ce critère plus d’impacts environnementaux pour le jeu ELODIE. Pourtant les résultats sont contraires, ce sont donc les durées de vie (second critère) des composants qui sont prépondérantes pour les résultats. Dans cet exemple c’est le taux de remplacement du revêtement de sol qui est le facteur le plus impact : 100 ans pour la durée de vie issue d’ELODIE, contre 10 ans avec le scénario « par défaut », associé à une importante surface mise en œuvre et un impact par m² également important. Le jeu de durées de vie ELODIE est proche du 3ème quartile de l’échantillon issu de la littérature. Cela signifie que les fabricants ont tendance à déclarer des durées de vie longues pour leurs produits. En effet, la norme NF P01‐010 relative aux déclarations environnementales des produits de construction leurs impose de déterminer la durée de vie typique de leur produit eu égard à des conditions d’usage et d’entretien définies, ils proposent donc les durées de vie pour des conditions d’usage et d’entretien optimales. 378/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Le jeu de durées de vie PAR DEFAUT se situe entre les impacts pour les 1er et 2ème quartiles. Pour les composants remplacés, les durées de vies PAR DEFAUT sont proches du 1er quartile. Ces durées de vie peuvent donc être qualifiées de conservatrices par rapport à la médiane des valeurs rencontrées dans la littérature, c’est‐à‐dire qu’elles ont tendance à maximiser le nombre de remplacements plutôt que l’inverse. La durée de vie du bâtiment (DVP, ou période de référence) n’a pas d’influence sur le classement des deux jeux de données « ELODIE » et « PAR DEFAUT »: le jeux de données de durées de vie « ELODIE » est toujours le plus favorable. Si les cinq scénarios ont globalement un classement identique en fonction de la DVP on constate quelques inversions marquées pour les indicateurs Déchets radioactifs et Formation d’ozone photochimique quand on passe d’une DVP de 50 ans à une DVP de 80 ou 100 ans. Dans une moindre mesure ce constat est applicable également à l’indicateur Consommation d’eau totale. Rappelons toutefois quelques limites à cette approche de remplacements de composants : -
-
-
Le remplacement d’un composant est supposé à l’identique, car on utilise la même donnée environnementale à chaque remplacement. En réalité ce n’est pas le cas. Par exemple, le remplacement d’une fenêtre dans 30 ans ne se fera pas avec le même produit, la performance sera probablement meilleure, le procédé de fabrication aura sans doute évolué, le mix électrique du pays producteur sera différent, etc. ; La durée de vie programmée des bâtiments est parfois longue (jusqu’à 100 ans dans certaines études), ainsi les impacts environnementaux des parties structurelles des bâtiments sont amortis. En réalité, il est très probable qu’au moins une rénovation lourde ait lieu. Il faudrait alors remplacer des composants du gros œuvre et également prendre en compte des impacts liés au chantier de rénovation ; Les remplacements sont binaires (comme le montre l’exemple de la figure 18), c’est‐à‐dire que dès que l’on atteint la fin de vie d’un composant, on le remplace dès l’année suivante, et ce, même si ce n’est que pour une année avant d’atteindre la fin de vie d’un bâtiment. Toutefois malgré ces limites, l’approche actuellement implémentée dans les outils reste plus proche de la réalité qu’une approche qui consisterait à ne renouveler aucun composant. De plus, pour répondre à la troisième limite identifiée ci‐dessus, les outils ACV proposent des adaptations : -
-
Pour EQUER, il existe une règle qui permet de ne plus remplacer les composants sujets à remplacement dès que l’on a atteint 90 % de la durée de vie du bâtiment. L’idée est de traduire une pratique des exploitants de bâtiment couramment rencontrée qui est de ne plus renouveler les composants quand on sait que le bâtiment arrive en fin de vie et qu’il va soit connaître une rénovation lourde soit une destruction/reconstruction ; Pour ELODIE, conformément à la norme française XP P 01‐020‐3 (et à la norme européenne NF EN 15978), quand les données environnementales sont détaillées phase par phase, un facteur est 379/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité appliqué aux impacts de la vie en œuvre pour ne prendre en compte que les années de réelle vie en œuvre des composants eu égard à la durée de vie du bâtiment. Comparaison entre une étude utilisant des données génériques et une étude utilisant des données spécifiques pour les données ACV et durées de vie (DDV) BÂTIMENT BYCN – ALTERNATIVE BETON Figure 61 : Impacts environnementaux en fonction du type de base de données environnementale
(données environnementales et durées de vie) pour la variante en structure béton armé sur 50 ans
En repartant de la comparaison de l’étude précédente sur les bases de données environnementales (cf. Figure 58, reporté en pointillé sur la Figure 61 ci‐dessus), on peut également ajouter les jeux de durées de vie pour comparer des démarches « générique » et « fabricants livrant en France » complètes. Pour la démarche générique, on utilise les durées de PAR DEFAUT et pour la démarche fabricants livrant en France les durées de vie des FDES (utilisées par ELODIE). On remarque premièrement que les courbes en rouge plein (présente étude) et en rouge pointillé (étude précédente) sont confondues. En effet, lors de la précédente étude, les durées de vie utilisées étaient celles des FDES. En revanche, pour les courbes bleues (relatives aux données génériques), les durées de vie sont différentes par rapport à l’étude précédente. On constate donc des écarts encore plus marqués entre les deux philosophies (ACV générique + DDV par défaut vs. ACV spécifique + DDV issues des FDES). 380/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Tous les indicateurs sont sensibles aux remplacements, mais l’indicateur énergie primaire totale semble le plus impacté avec 40 % d’écart entre l’étude précédente et la présente étude avec les durées de vie génériques. 6.4 Conclusions
Cette étude a permis de définir et de mettre en application une démarche de diagnostic d’écarts des résultats ACV sur un cas simple (périmètre limité aux deux tiers des impacts environnementaux du contributeur « Composants »). Elle a également permis de tester l’influence des hypothèses des données ACV des trois principaux matériaux de structures : l’acier, le bois et le béton. L’utilisation de plusieurs systèmes constructifs a permis de mettre en avant de façon plus explicite les écarts existants pour les données environnementales de ces trois matériaux utilisés massivement dans la construction. La comparaison d’une base de données génériques à une base de données spécifiques (ici, la base INIES référençant les matériaux de producteurs français) a montré, au regard de notre champ de l’étude (contributeur composant réduit aux lots 2 à 6 HQE Performance), des écarts de l’ordre de quelques pourcents à près de 50% sur les indicateurs retenus (énergie, consommation d’eau, changement climatique, acidification, déchets radioactifs, ozone photochimique), liés aux différences vis‐à‐vis des points suivants : -
la représentativité géographique, la représentativité technologique, les méthodes de calcul et en particulier l’allocation des impacts du recyclage et du CO2 biomasse. Ce cas d’étude montre, à nouveau, que pour tendre vers une reproductibilité des résultats, il semble indispensable d’utiliser une même base de données environnementales. De plus, au sein d’une même base de données, le paramétrage des scénarios de fin de vie ou l’allocation des impacts amène également à des différences non négligeables, notamment pour le matériau bois. Dans ce contexte, il semble préférable que l’utilisateur soit a minima guidé pour choisir le scénario le plus représentatif. L’autre possibilité serait de figer les scénarii de fin de vie en fonction des objectifs d’étude précisés par l’utilisateur. En parallèle, des travaux similaires restent à réaliser en déployant la même démarche sur d’autres matériaux et d’autres contributeurs. En effet, ce cas simple ne se concentre que sur le contributeur « Composant » et n’intègre pas le contributeur « Energie ». Les écarts constatés sur ces trois matériaux sont alors, pour l’indicateur énergie primaire totale, relativement limité lorsqu’on intègre les postes de consommation d’énergie de la règlementation thermique et les usages non règlementaires (écart lié aux bases de données ACV de l’ordre de 1% dans ce nouveau périmètre d’étude). Par exemple, modéliser des systèmes constructifs en béton armé en utilisant une donnée générique pour le béton semble, à la vue des résultats de cette étude, acceptable en phase amont d'un projet mais l'usage de données spécifiques est préférable en conception plus détaillée 381/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Ce dernier point rappelle le problème de l’échelle à laquelle on se place et de l’objectif poursuivi (comparaison de variantes ou positionnement d’une alternative par rapport à des cibles contributeur par contributeur ou tous contributeurs). Cependant, les conclusions de ces cas simples, mises en regard avec la grille de comparaison des outils (cf. partie 1), permettront d’amorcer les recommandations (présentées en partie 7) d’une part en termes de reproductibilité entre plusieurs utilisateurs et d’autre part en termes de reproductibilité entre les deux outils Elodie et NovaEquer. 7
RECOMMANDATIONS POUR AMELIORER LA REPRODUCTIBILITE DES
ETUDES ACV BATIMENT
7.1 Recommandations pour améliorer la reproductibilité entre plusieurs
utilisateurs sur un même outil
Cette partie présente des recommandations pour améliorer et assurer à terme la reproductibilité entre utilisateurs d’un même outil en suivant le découpage proposé dans la grille d’analyse des outils d’ACV bâtiment. 7.1.1 Description du bâtiment

Estimation et collecte des données de métrés
Plusieurs niveaux de recommandations ont été définis : 1) Relation entre le métré et le périmètre de l’étude : o
Par exemple, pour le contributeur « composants », il est utile de définir une typologie et une liste de matériaux/produits/composants/équipements à inclure dans le périmètre. Une fois le périmètre défini, des exigences précises quant aux métrés peuvent être demandées. 2) Relation entre le métré, les acteurs et les phases d’un projet de bâtiment o
o
Le niveau d’information et de description d’un bâtiment évolue au fur et à mesure de l’avancement d’un projet. Les exigences en termes d’utilisation des données de métrés doivent intégrer cet aspect. Peut‐on recommander des bonnes pratiques par étape (Esquisse, APS, APD, DCE, EXE) ? Autre aspect important : il faut mettre en adéquation les données disponibles et la façon dont les bâtiments sont décrits par les différents utilisateurs des outils (p. ex. architectes, bureaux d’études, constructeurs etc.). 382/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité 3) Précision et complétude des métrés : o
Pour éviter une hétérogénéité des métrés entre une saisie manuelle et des saisie semi‐
automatisée il est possible de renvoyer vers des métrés effectués en amont de l’évaluation. Parmi ces métrés, on peut citer : ‐ Le métré issu d’un modeleur graphique (p. ex. issu d’un BIM). À ce niveau, il faut poser la question de la capacité de l’outil à intégrer des données au format du BIM et à en interpréter correctement les valeurs. Cependant, le BIM n’est pas obligatoirement disponible pour toutes les phases d’un projet et ne peut répondre à tous les usages. Il faut donc envisager en complément un ensemble de bonnes pratiques, p. ex. en recommandant l’usage d’outils « métiers » par acteur. ‐ Le métré issu des études des « économistes » de la construction. ‐ Le métré issu de la simulation thermique éventuellement accompagnée d’une liste complémentaire en tenant compte par exemple des autres éléments structurels négligés en thermique (fondations, parkings…). On note cependant que recommander un type de métré particulier amène d’une certaine façon à déplacer le problème. On diminue certes les erreurs relatives à la saisie d’un nouveau métré, mais il n’y a pas de gage de qualité du métré fourni ni de certitudes quant à sa complétude.  Saisie graphique
L’usage d’un modeleur graphique réduit le risque d’erreur de saisie et le temps de saisie. Il permet de plus d’assurer la cohérence entre des calculs thermiques et d’ACV102 chaînés avec un même modeleur. 7.1.2 Paramètres de l’interface utilisateur
L’interface doit être en cohérence avec la méthode de calcul recommandée103. Si des paramètres sont modifiables, ils doivent être accessibles (et identifiables) facilement. Pour certaines études « simplifiées », certains paramètres ‐ comme le choix de la donnée environnementale ou d’autres aspects ‐ peuvent être figés (mais éventuellement visibles dans l’interface utilisateur). 102
Le modeleur graphique peut également être chaîné à d’autres outils d’évaluation de la performance
acoustique, du niveau d’éclairage etc.
103
Voir par exemple les types d’étude proposés dans le projet européen EeBGuide « screening LCA », «
simplified LCA » et « complete LCA » (EeBGuide, 2012), et rapports de l’action européenne de coordination de la
recherche LORE LCA
383/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité 7.1.3 Accompagnement du praticien au cours de la modélisation
Des recommandations sont proposées à différents niveaux : sur l’interface utilisateur, sur les données de métrés et données environnementales et sur la mise en place de didacticiels. Rôle de l’interface utilisateur : L’interface utilisateur doit guider, alerter et informer. Il est utile d’envisager des procédures de contrôle de cohérence pour certaines données (par exemple lors d’un écart trop important entre SHON et SHAB). Il faudrait également des contrôles de cohérence entre les calculs thermiques (entre autres) et l’étude ACV. Par exemple, lorsqu’un composant ayant une forte interaction avec la thermique est changé il faudrait signaler à l’utilisateur qu’un nouveau calcul thermique du bâtiment doit être réalisé avant de recalculer l’ACV. Association entre données de métrés et données environnementales : [Recommandations pour les éditeurs de logiciels] Faut‐il créer les liens automatiques entre données de métré et données environnementales pour éviter les erreurs d’attribution lors de la modélisation ? Par exemple en associant directement des données de métré aux données environnementales dans les outils. Cette approche est déjà implémentée dans novaEQUER pour une partie des données et dans le mode simplifié du contributeur composant d’ELODIE V2. [Recommandations aux éditeurs de données de type FDES, EPD] À ce niveau, il faut également une convergence entre les unités des données de métrés et les unités fonctionnelles des données environnementales. A minima, l’intégration des caractéristiques physiques (p. ex. masse linéique, surfacique et volumique) permettrait de ramener les données environnementales au format des données de métrés. Cette conversion ne règle cependant pas l’ensemble des problèmes (p. ex. décomposition globale des prix forfaitaire (DPGF) fournissent des m³ de bétons armés sans information sur le taux d’armatures). Une solution peut consister à mettre en place des valeurs par défaut dans les outils sur certains macro‐composants et composants types comme les éléments en bétons armés. Mise en place de didacticiels : Faut‐il envisager des didacticiels bâtis autour d’une trame commune entre les deux outils ou avec un ensemble minimal de sujet à traiter (avec à chaque fois un exemple commun). 384/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité 7.2 Recommandations pour améliorer la reproductibilité entre les outils
novaEQUER et ELODIE
Cette partie présente des recommandations pour améliorer la reproductibilité entre outils au‐delà des expérimentations internes. Cette partie peut s’apparenter à un cahier des charges pour faire converger les outils à moyen terme suivant un même objectif ou un même type d’étude. Elle suit le découpage proposé dans la grille d’analyse des outils d’ACV bâtiment (cf. partie 3.3). 7.2.1 Bases de données ACV en amont du logiciel
Le choix des bases de données ACV en amont du logiciel peut être guidé par l’objectif de l’étude entre des données génériques ou des données spécifiques. En particulier, l’usage de données génériques semble adapté aux phases amont, le niveau de détail du projet permettant ensuite l’utilisation de données spécifiques pour affiner les choix. Généralement, des différences ont été identifiées dans la grille d’analyse au niveau de la représentativité des données, de la fiabilité, cohérence et complétude entre les bases de données déjà intégrées dans les outils à savoir : Ecoinvent et les données et FDES au format de la norme NF P01‐010. Les recommandations portant sur les bases de données ACV en amont des logiciels dépassent le cadre du projet Benefis. En effet, elles ne concernent pas uniquement les outils d’ACV bâtiment mais servent également à l’amélioration des pratiques françaises en matière de déclarations environnementales de produits de construction. De récents travaux insistent justement sur la complémentarité des bases de données génériques et EPDs (Lasvaux, 2010). Des travaux plus récents proposent également d’une part des recommandations pour améliorer la fiabilité des EPD du secteur de la construction français et d’autre part adapter les données d’arrière‐plan à ce secteur en tenant compte des cadres normatifs européens (Kellenberger, Hischier, Lasvaux, Werner et al, 2013). Le suivi des projets de recherche et développement sur les bases de données menés en parallèle de Benefis104 semble dans un premier temps utiles pour ensuite identifier des recommandations pour les éditeurs de logiciels comme Elodie ou novaEQUER. Par exemple, nous pouvons supposer que l’arrivée de la nouvelle version de la base Ecoinvent permettra de créer une meilleure synergie entre les différentes données générique et EPD dans la mesure où Ecoinvent permet l’intégration de données spécifiques. Dans le même temps, ce point d’amélioration bénéficiera également aux données de type EPD qui sont très dépendantes de la qualité des données d’arrière‐plan qui sont généralement issues de BDD génériques comme Ecoinvent. 104
Nous pouvons citer par exemple les projets menés dans les réseaux ECOSD, ou au sein du réseau
scientifique et technique, de l’Association Française de Génie Civil (projet DIOGEN), de l’association HQE (projet
autrour de la future version de la base INIES etc.
385/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité 7.2.2 Bases de données intégrées au logiciel
 Mise à disposition de données génériques et spécifiques pour l’ACV bâtiment
L’ACV d’un bâtiment ne nécessite pas seulement des données sur les produits de construction ou les équipements. Des données portant sur les processus d’énergie, de potabilisation et de traitement de l’eau, de gestion des déchets, de transports, etc. sont également nécessaires. Il n’existe pas à l’heure actuelle, de base de données centralisée regroupant ces différentes données pour le secteur de la construction valables pour le contexte français. La base INIES fournit, à ce jour, des données sur les produits de construction tandis que les données décrivant les procédés doivent être collectées dans d’autres bases de données amont comme Ecoinvent. Ces données ne sont pas systématiquement adaptées aux problématiques du secteur de la construction. L’amélioration de la cohérence entre données génériques et spécifiques et les résultats de travaux en cours (cf. partie précédente) permettront, à terme, d’améliorer ces aspects. En attendant, une mise à disposition de données génériques peut être réalisée pour les outils en fonction des objectifs de l’étude et des besoins des utilisateurs. Par exemple, la question de la granularité des données illustrée dans les tests de reproductibilité de résultats (cf. partie 6) a permis de proposer pour l’outil Elodie plusieurs données ACV pour le béton prêt à l’emploi dans le cadre des modes adaptés (cf. livrable Benefis tâche 2.2). De même, novaEQUER propose de choisir plusieurs bases de données en fonction des objectifs de l’étude (FDES ou données Ecoinvent) et intègre différentes alternatives technologiques (isolation en cellulose, isolation transparente, perlite, béton de chanvre, solaire thermique et photovoltaïque…).  Règles de contextualisation des données environnementales
S’il n’existe pas de données génériques correspondant au contexte national (ou si le format des données disponible n’est pas cohérent avec l’objectif de l’étude), il est envisagé de s’appuyer sur des données génériques issues de bases de données européenne de type Ecoinvent ou ELCD. À ce niveau, une procédure de contextualisation peut être appliquée pour adapter la donnée au contexte français. Il est ainsi possible de recontextualiser le mix électrique à partir des données de consommation fournies par RTE (intérêt de choisir un mix identique entre les outils) et des impacts de chaque filière énergétique. Ce type d’approche peut également être appliqué aux données sur les matériaux en l’absence de données de producteurs français. Il est nécessaire a minima d’inclure un affichage des informations sur la donnée environnementales (métadonnées, composition du produit, etc). Dans le cas d’un produit fabriqué en France une contextualisation minimale pourra intégrer une modification du mix électrique et des distances de transport. Cependant, les données obtenues n’auront pas le même niveau de représentativité que les données françaises, sauf si les processus en amont (matières premières) et en aval (traitement des déchets) ont également été adaptés à partir de données de producteurs (Baitz et al, 2012). La question de l’importation de produits reste posée. 386/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité  Méthode de prise en compte des recyclages et valorisations énergétiques
Il est utile d’aller vers une méthode unique lorsque l’objectif de l’ACV est le même entre les deux outils. Par exemple, la méthode des stocks évite d’avoir à définir les scénarios d’évitement, mais ne valorise pas les impacts évités, ce qui peut conduire à biaiser la décision. Cet exemple montre que les méthodes d’allocation des impacts du recyclage ne répondent pas aux mêmes objectifs (écoconception cherchant à valoriser le démantèlement en fin de vie ou évaluation de performances environnementales dans le cadre de labels ou politiques publiques). Il sera utile de préciser ultérieurement les modalités d’utilisation de chaque méthode et d’en choisir une pour faire converger les outils selon un objectif donné.  Méthode de prise en compte du carbone biogénique
Plusieurs méthodes de prise en compte du carbone biogénique existent aujourd’hui dans les outils. Il semble alors utile de disposer d’une méthode de calcul unique pour la prise en compte de cet aspect pour assurer une bonne reproductibilité des résultats entre outils. Le cas d’étude simple portant sur le bâtiment à ossature bois a montré la sensibilité de ce paramètre aux hypothèses (prise en compte ou non du stockage de carbone en amont et scénarii de fin de vie du bois). Plusieurs travaux sont en cours sur ce sujet. On peut mentionner les travaux de l’ISO (groupe de travail sur l’empreinte carbone), du PAS 2050, ou à l’échelle européenne du CEN TC 175 projet de norme prEN 16449 « Wood and wood‐based products – Calculation of sequestration of atmospheric carbon dioxide » (CEN, 2013). A l’échelle française, le FCBA a également fourni des recommandations sur ce point méthodologique. 7.2.3 Cohérence entre description du bâtiment, calculs thermique et ACV
Les outils peuvent ou non chaîner les outils de description du bâtiment (traduction des données de métrés) de calcul thermique et d’ACV. Qu’il y ait un chaînage ou pas, il faut que la partie commune soit en cohérence. Par exemple la prise en compte des surfaces intérieures dans la RT ne correspond pas à une évaluation précise des quantités de matériaux. L’usage d’un modèle 3D de type BIM ou ALCYONE est plus précis. On parle alors de co‐simulations entre les différentes évaluations (thermique, environnementale, acoustique etc.). Cependant, il faut assurer, dans un premier temps, la cohérence entre la modélisation thermique et la modélisation environnementale. En effet, la plupart des composants ayant une influence sur les consommations d’énergie, la séparation entre contributeur « composant » et contributeur « énergie » reste artificielle et permet simplement de séparer les impacts par exemple pour l’analyse des résultats105. De plus, l’objectif de l’étude ACV rentre en ligne de compte et permet de justifier le choix des utilisateurs. Dans tous les cas, lorsque des composants actifs sur la thermique sont modifiés, l’utilisateur doit refaire ou demander à refaire un bilan thermique pour sa nouvelle variante106. 105
Il peut être intéressant, dans le cas où un utilisateur ne peut pas refaire la simulation thermique
« rapidement », d’évaluer l’erreur engendrée en cas de changement des composants plus ou moins actifs sur la
thermique. De même, il peut être intéressant de hiérarchiser les composants en fonction de leur influence sur le
bilan thermique.
106
Certains utilisateurs considèrent qu’il suffit de s’assurer que les déperditions sont égales pour que les
consommations le soient aussi. Il n’en est rien.
387/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Une différence d’inertie thermique, liés par exemple aux masses volumiques et chaleurs massiques des matériaux comparés, influence le stockage de chaleur dans l’enveloppe du bâtiment, ce qui peut entraîner des différences de consommation importantes en chauffage et en climatisation. Des propriétés optiques différentes des revêtements, des caractéristiques de baies ou de protections solaires peuvent également influencer l’absorption du rayonnement solaire, donc son stockage et les besoins de chaleur et de froid, mais aussi les consommations liées à l’éclairage. Pour garantir une consommation équivalente lors de la comparaison de deux variantes, il faut prendre en compte l’ensemble des paramètres suivants :  Conductivité thermique (en particulier pour les isolants)  Masse volumique et chaleur massique (en particulier pour les matériaux de structure)  Propriétés optiques (en particulier pour les revêtements de murs, sols, plafonds)  Caractéristiques des baies (déperditions, facteur solaire) et des protections solaires Il est alors très rare que la combinaison de différents choix technologiques aboutisse à une consommation d’énergie égale. L’écart induit en termes d’impacts environnementaux peut alors être important, et supérieur à l’écart lié à la mise à disposition des produits. 7.2.4 Calcul du contributeur « composant » : périmètre des éléments pris en
compte
Le périmètre des éléments pris en compte dans l’analyse peut être fonction des applications possibles de l’ACV (comparaison de variantes, évaluation de performances environnementales etc.). Sur cette base, il est utile de proposer un périmètre minimal à intégrer systématiquement. Par exemple, des recommandations peuvent être formulées concernant le périmètre relatif aux éléments décrivant la structure du bâtiment, le second œuvre et les équipements techniques. Dans le cadre d’évaluations non comparative de performance environnementale de bâtiments, ce périmètre minimal peut se baser sur les retours d’expériences des contributions des éléments dans l’impact environnemental du contributeur « composant »107. Il faut également rappeler que cette recommandation doit être cohérente avec celle concernant la liste de données génériques108. 
Règles d’extrapolation des données environnementales lorsque la donnée sur un
composant précis n’est pas disponible
A minima, chaque développeur d’outil devrait rédiger un didacticiel pour les praticiens permettant de leur donner une règle et ainsi homogénéiser les calculs entre utilisateurs et outils. Par exemple, à défaut de donnée pour un composant particulier, il peut être envisagé de définir une règle de calcul basée sur les données des autres composants de la catégorie de produit concernée. Cet aspect 107
Par exemple disponible à partir des résultats du projet HQE Performance :
http://assohqe.org/hqe/spip.php?rubrique10
108
Note CSTB : les données recommandées doivent permettre de décrire un périmètre d’étude minimal
388/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité doit également être envisagé en lien avec l’usage de l’ACV (règle propre à l’outil, règle pour un usage règlementaire, pour un usage en certification d’ouvrages etc.). Ces recommandations seront précisées par exemple dans le cadre des travaux autour de l’étiquette environnementale des bâtiments (démarche volontaire lancée par le Ministère de l’Ecologie et du Développement Durable et par le Ministère du Logement). 7.2.5 Calcul du contributeur « composant » : recommandations pour le calcul
sur le cycle de vie complet des produits et équipements
Nous proposons de définir des valeurs et des scénarii et modes de calculs par défaut commun aux deux outils pour encadrer la prise en compte des phases complémentaires à la production (du transport sur chantier à la fin de vie) des données sortie d’usine (générique, EPD). Pour chaque module il est nécessaire de définir les paramètres clefs du calcul et de s’accorder sur les valeurs à proposer. Il ne s’agit pas de verrouiller l’ensemble des paramètres, mais de s’accorder sur un ensemble d’aspects pour lesquels des valeurs communes et des modes de calculs harmonisées seront proposés. La figure suivante présente le découpage retenu des phases du cycle de vie d’un bâtiment de la norme européenne EN 15978. Ce découpage a été retenu pour disposer d’une même grille de lecture entre les outils d’ACV bâtiment (ce choix fait écho à celui de la partie 1.3 sur la mise en place d’une grille de comparaison des outils décomposée également par phase selon EN). Exemples d’aspects qui sont développés dans cette partie : 


Etape de transport sur chantier (module A4 de la norme EN 15978) o Harmonisation des distances de transport par défaut et de la manière de compléter avec des scénarii o Proposition d’un mode de transport par défaut ; o Proposer des scénarios distincts en fonction de la typologie des produits (pondéreux/non pondéreux/standard) ; o Décision portant sur les paramètres annexes des scénarios (prise en compte des chutes lors du transport, des impacts liés au centre de stockage, prise en compte des masses des emballages, etc.). Etape de construction (module A5 de la norme EN 15978) o S’accorder sur une frontière commune entre les aspects pris en comptes à l’échelle produits et les aspects pris en compte à l’échelle bâtiment. o Ne pas gérer les processus mutualisés à l’échelle des produits, mais à l’échelle du chantier ; o Concernant les produits, définir des valeurs par défaut, notamment des pourcentages de taux de chute identiques, une gestion commune des entrants et sortants (production et fin de vie des chutes, des emballages, etc.). Etape de maintenance, réparation, remplacement (module B2, B3, B4 de la norme EN 15978) o Proposition d’un set de données de durées de vie pour les principaux composants commun aux deux outils (calculs des taux de remplacements) ; 389/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité S’accorder sur une frontière commune entre les aspects pris en comptes à l’échelle produits et les aspects pris en compte à l’échelle bâtiment ; o Proposition de scénarii par défaut pour estimer cette phase : mode de calculs des taux de remplacements (entiers ou fractions, règle de coupures, etc.). Etape de fin de vie hors déconstruction (modules C2, C3, C4 de la norme EN 15978) o Proposition de scénarii par défaut pour estimer cette phase (Scénarii contemporain par filière de matériaux et impacts associés) Il serait utile de proposer des scénarios par défaut identiques entre les 2 outils même s’ils ne sont pas très « précis » (peut‐être partir de travaux existants p. ex. projet ANR ASURET). o


Gestion des potentiels de recyclage (p. ex. module D de la norme EN 15978, et affectation au cycle de vie du bâtiment X% en production/fin de vie) o Ce point est à discuter entre les partenaires. Dans les prochaines parties, nous proposons des premières recommandations sur les scénarios sur le cycle de vie complet. 390/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Benefits and loads beyond the system boundary
Building/Product life cycle information
PRODUCT stage
CONSTRUCTION PROCESS stage
USE stage
END OF LIFE stage
D
Reuse‐, Recovery‐, Recycling‐
Potential
C4
Disposal
C3
Waste processing
C2
Transport
C1 De‐construction, demolition
B7
Operational water use
B6
Operational energy use
B5
Refurbishment
B4
Replacement
B3
Repair
B2
Maintenance
B1
Use
A5
Construction‐installation process
A4 Transport
A3
Manufacturing
A2
Transport
A1
Raw material supply
Figure 62: Représentation des étapes conventionnelles du cycle de vie d'un bâtiment selon la norme EN 15978
Note : cette figure présente les phases du cycle de vie conventionnelle d’un bâtiment selon la norme européenne ; elle permet de travailler sur une grille de lecture commune entre les outils ELODIE et novaEQUER. Cependant, les étapes reportées ne permettent pas de visualiser certains contributeurs calculés par ELODIE ou novaEQUER (p. ex. le transport des usagers ou déchets d’activités pendant la phase d’utilisation). De même, les conventions proposées dans cette norme, par exemple la séparation des potentiels de recyclage (module D) des recyclages effectifs en fin de vie (module C) permettent uniquement de distinguer LES deux méthodes de calcul du recyclage que cette norme autorise (méthode des stocks ou impacts évités). Au niveau des impacts évités (module D), la norme européenne considère qu’il s’agit une « information au‐delà des frontières du système ». Là‐encore, il ne s’agit uniquement d’une convention d’écriture. En fonction de l’objectif de l’étude (p. ex. comparaison de différents scénarios de démolition), la prise en compte des potentiels de recyclage (matière ou énergétique) peut se justifier et donc être intégrée aux « frontières » de l’étude en question (frontières qui ne correspondent donc plus stricto sensu à celles de la norme européenne). Dans ce dernier cas, en fonction des outils d’ACV bâtiment, les bénéfices du recyclage peuvent ensuite être affectés à part égales entre la phase de production et de fin de vie (méthode 50/50 cas de novaEQUER par exemple) ou à 100% en fin de vie. 391/510
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3
Reproductibilité 7.2.5.1 Recommandations pour le calcul de la phase transport (module A4)
Le Tableau 34 présente des éléments pour harmoniser le calcul de la phase transport sur chantier (module A4 selon EN 15978) entre les outils. Tableau 34 : Exemple de paramètres harmonisables pour le scénario par défaut de transport sur
chantier
TRANSPORT SUR CHANTIER [module A4, norme EN 15978]
Aspects du scénario
Mode de transport proposé par défaut
Distinction entre typologie de produit
Paramètres
Remarques
Camion
‐
Oui : pondéreux/non pondéreux/standard
‐un calcul peut aussi être effectué selon la masse volumique du produit
Proposition: Transport, lorry 7.5‐16t, EURO5/RER U Modules « transport » Ecoinvent 2.2. (inclusion des infrastructures). ‐
Taux de chargement
Non paramétrable (environ 50%). ‐
Distance de transport
Pondéreux : 30 km / non pondéreux et standard : 300 km
‐
Taux de retour à vide
Non paramétrable (compris dans le taux de chargement)
‐
ICV/donnée utilisé
Mode de calcul
Calcul en tkm, avec facteur correctif pour non pondéreux.
Mode de Calcul de la masse transportée à partir de l’UF.
A définir
Définition en fonction de la typologie
Prise en compte masses des emballages Non/non/non
Masse et volume d’emballages transportés sont considérés comme négligeables.
Taux de chute dû au transport Non pris en compte Considérer un taux de chute nul semble être une bonne option. Impact liés au centre de stockage Non pris en compte Ignoré pour l’instant Impact du stockage sur site Non pris en compte Ignoré pour l’instant 392/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3
Reproductibilité TRANSPORT SUR CHANTIER [module A4, norme EN 15978]
Aspects du scénario
Paramètres
Remarques
Non pris en compte Aucun déchet sortant du système en l’absence de taux de chute. Transport engins de chantier et équipements (grues, échafaudages, etc.) Non
Couvert par le module chantier. Des doubles‐comptages/oublis sont‐ils possibles ?
Prise en compte des infrastructures Oui Les infrastructures doivent être prises en compte. Impact du retraitement de déchets sortant Modules Ecoinvent envisagés : Transport, freight, rail/FR U
Autres modes de transport proposés dans l’outil
Barge, bateau, train de marchandise, camionnette
Transport, freight, rail/RER U Transport, barge/RER U Transport, transoceanic freight ship/OCE U
7.2.5.2 Recommandations pour le calcul de la phase chantier (module A5)
Les impacts du module A5 sont calculés à partir de données définies dans d’autres modules. Il faut à cette étape préciser le taux de chute des produits sur chantier. Le Tableau 27 présente des éléments pour harmoniser le calcul de cette étape entre les outils. Tableau 35 : Exemple de paramètres harmonisables pour le scénario par défaut de mise en œuvre
sur chantier
MISE EN ŒUVRE SUR CHANTIER [module A5, norme EN 15978] Aspects du scénario Distinction entre typologie de produit Paramètres
Remarque Non Dans un premier temps aucune distinction n’est proposée entre les différentes typologies de produits. A l’avenir une distinction similaire à celle du transport (pondéreux/non pondéreux/standard) ou le développement d’un scénario spécifique par typologie de produit sera nécessaire. 393/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3
Reproductibilité MISE EN ŒUVRE SUR CHANTIER [module A5, norme EN 15978] Aspects du scénario Paramètres
Remarque Oui Attention au risque (fort ?)de double comptage : la phase de production ne devrait pas couvrir la production de chutes! 5 % en masse Cette valeur est en cohérence avec celle proposée actuellement par NovaEquer. Mise à disposition des chutes (production). Données calculées au prorata de l’impact des modules A1, A2 et A3 (5%). ‐ Transport des chutes de production. Données calculées au prorata du calcul du module A4 (5%). Voir scénario par défaut module A4 Impact liée au retraitement des chutes Données calculées au prorata du calcul du module C (5%). Voir scénario par défaut module C Non couvert Il est supposé que les produits pour lesquels ces consommations sont importantes (bétons et autres mortiers notamment) sont déjà couverts sur ces aspects (c.à.d. EPD/données génériques d’un m³ de béton au lieu de la quantité équivalente de ciment + gravier + sable …). Non pris en compte. Faisable si emballage par défaut modélisé ? Attention au double comptage avec d’une part la phase chantier, d’autre part prise en compte dans la phase de production ? Non pris en compte pour l’instant Nécessite de développer un scénario complémentaire par famille de produit. Prise en compte des chutes de chantier Taux de chute par défaut Consommation d’énergie et d’eau pendant la mise en œuvre Impact liée au traitement des emballages Matériaux complémentaires non pris en compte dans les DEP/données génériques. 7.2.5.3 Recommandations pour le calcul de la phase d’utilisation (module B1)
Aucun scénario par défaut n’est proposé pour l’instant. A terme un scénario par famille de produit devrait être proposé pour la prise en compte des émissions dans l’air et dans l’eau. 394/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3
Reproductibilité Conformité des scénarios d’utilisation avec la norme NF EN 15978 La norme NF EN 15978:2012 précise que : Le scénario doit définir les conditions internes et externes pour l’objet de l’évaluation. Ces conditions influent sur les impacts liés aux caractéristiques des produits dans leur application (par exemple, l’émission de substances dans l’environnement dépend des modalités d’utilisation, de l’humidité, de la vitesse de l’air et de la température). Note CSTB : Au vu du déploiement des méthodes d’évaluations associées il est prématuré de proposer la conformité à la norme. Par ailleurs il est peu probable que des données d’émissions spécifiques liées aux conditions internes et externes pour l’objet d’évaluation puissent être disponibles dans un premier temps (les évaluations seront plus certainement basées sur des données génériques disponible par famille de produit). 7.2.5.4 Recommandations pour le calcul des phases de remplacement,
réparation, maintenance et réparation (modules B2, B3, B4 et B5)
Nous rappelons dans un premier temps les exigences normatives : D’après la norme NF EN 15978 : 2012, les scénarios développées pour ces modules doivent tenir compte des éléments suivants : 




les exigences du maître d’ouvrage comme indiqué dans son programme (exemple : entretien tous les cinq ans ou pas d’entretien) ; les prévisions de durée de vie conformément à l’ISO 15686‐1, ‐2, ‐7 et ‐8; les exigences déduites de l’EN 15804 ; les informations des fabricants ; les modalités d’utilisation. Il est également précisé que les scénarios doivent reposer sur des données statistiques ou sur des données normatives, ou dans le cas d’un bâtiment existant, sur des données réelles. Et également que différents scénarios basés sur des valeurs prédéfinies, sur des valeurs par défaut ou sur une comparaison statistique peuvent être définis. 395/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3
Reproductibilité Note CSTB : Au vu de l’avancé actuelle d’une part du déploiement des normes ISO 15686 au sein des normes EN 15978 et EN 15804, d’autre part du développement des outils, méthodes et données permettant la mise en œuvre de la prévision de durée de vie des composant d’ouvrage il est prématuré de proposer une solution permettant de respecter l’ensemble des exigences exposées ci‐dessus. Les solutions proposées dans les pages suivantes pour le module B4 sont donc basées sur les données disponibles et ne respectent pas stricto sensu les demandes de la norme. 
B2 - Scénario pour le module de Maintenance
Aucun scénario par défaut n’est proposé pour l’instant pour le module de maintenance. Vu la part généralement faible de la maintenance par rapport aux autre éléments qui contribuent aux impacts liées à la vie en œuvre, notamment le remplacement, ce module n’est pas traité dans l’immédiat. 
B3 - Scénario pour le module réparation
Aucun scénario par défaut n’est proposé pour l’instant pour le module B3, réparation, suivant les recommandations du guide opérationnel pour l’ACV bâtiment EeBGuide109. 
B4 - Scénario pour le module de remplacement
Cette partie porte principalement sur la définition d’un jeu de durées de vie de référence pour le calcul du nombre de remplacement pendant la vie en œuvre. Les autres éléments du scénario sont présentés succinctement ci‐après. Plusieurs aspects des scénarios ne peuvent être définis ici bien qu’ils soient importants pour la cohérence globale des études : 

La cohérence entre les durées de vie de référence choisies et les conditions d’utilisation (au sens des normes ISO 15686), notamment le climat où l’ouvrage est implémenté et les scénarios de maintenance ; La cohérence avec les différentes opérations de maintenance. 109
http://www.eebguide.eu/?p=3605
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BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3
Reproductibilité Note CSTB : Il parait évident que les scénarios de maintenances et remplacements doivent être définis à l’échelle de l’ouvrage pour pouvoir être véritablement cohérent. Dans un premier temps seuls des données et scénarios à l’échelle produit sont définis. Il revient à l’utilisateur (ou à un mécanisme restant à définir) de contrôler la pertinence des données. Des éléments d’aide au contrôle seront proposés. Dans un premier temps, nous proposons de définir des scénarios de remplacement simplifiés. Les paramètres du scénario de remplacement par défaut sont décrits dans le Tableau 36. Tableau 36 : Paramètres du scénario de remplacement par défaut
UTILISATION – REMPLACEMENT DES PRODUITS [module B4, norme EN 15978] Aspects du scénario Scénario développée à l’échelle de l’ouvrage Taux de remplacement/durée de vie par classe de produit Remplacement des éléments de structure. Nombre de remplacement entier ou réels Paramètres
Remarque Non (sauf si vérification par l’utilisateur). Scénarios construits par famille de produit. Durée de vie individualisée par famille de composant ou type de composant sauf éléments de structure. ‐ Non remplacés. La « durée de vie » de ces éléments s’adapte à la période de référence. Uniquement des remplacements entiers (pas de remplacement partiels), arrondi au supérieur. Recommandations EeBGuide. N’est pas nécessairement justifié en cas d’utilisation de données issues de retour statistiques. Règle de coupure (Le dernier remplacement est ignoré s’il intervient à moins de 10% de la fin de la période de référence). Oui (90%). Sauf pour éléments de structure (le calcul doit être verrouillé pour ces éléments). Il faudrait définir une liste de composants indispensables automatiquement remplacés. Période de référence par défaut 50 ans ? 80 ans ? 100 ans ? 397/565
Faut‐il définir une période de BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3
Reproductibilité UTILISATION – REMPLACEMENT DES PRODUITS [module B4, norme EN 15978] Aspects du scénario Scénario de mise à disposition, transport, MOE, pour les remplacements. Scénarios de retraitement des éléments déposés Paramètres
Remarque référence par défaut ? Identiques à ceux développés pour les autres modules. ‐ Identiques à ceux développés pour les autres modules. ‐ Non vérifiée Cohérence des remplacements Conformité des scénarios de remplacement avec la norme NF EN 15978 : La norme NF EN 15978 :2012 précise que, pour tous les composants ou éléments pouvant être réparés ou remplacés, la DVE et les informations relatives aux processus de réparation, de remplacement et d’élimination sont à défini [...] conformément à l’ISO 15686‐1 et ‐8. Par ailleurs, seul un nombre entier de remplacements est autorisé (pas de remplacements partiels), […] la valeur obtenue est arrondie à la valeur supérieure. Mis à part la conformité avec les normes ISO 15686 cet aspect est cohérent avec les propositions du Tableau 36. Concernant la règle de coupure, la norme précise que, si, après le dernier remplacement programmé d’un produit, la durée de vie restante du bâtiment est plus courte que la durée de vie estimée du produit installé, il convient de tenir compte de la probabilité réelle du remplacement programmé. La considération de la probabilité de remplacement doit prendre en compte la performance technique et fonctionnelle requise pour le produit. Cet aspect est plus difficile à intégrer directement à partir des scénarios. Une solution serait de développer une liste de composant qui ne sont pas soumis à la règle de coupure (c.‐à‐d. qui sont remplacés quoi qu’il arrive : chauffage, systèmes de sécurités, etc.). La norme demande également de vérifier la cohérence globale des scénarios de remplacement, maintenance, réparation, etc. provenant de déclarations environnementales et autres données à l’échelle produit. Comme expliqué plus haut cet aspect de cohérence globale n’est pas intégré dans le présent rapport. 398/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 
Tâche 2.3
Reproductibilité Quel jeu de données de durées de vie pour les composants ?
Deux échelles de description des durées de vie typiques sont discutées ici : 1. Définition de DVT par type de composant ; 2. Une DVT proposées par défaut par famille de produit (p. ex. les familles de la base INIES, ou dans NovaEquer les revêtements, les équipements, les menuiseries et les autres composants). Dans le premier cas une valeur est associée à chaque membre d’une liste de composant type. Cette approche a par exemple été mise en place en Allemagne dans le cadre de l’application du système BNB (« Bewertungssystem Nachhaltiges Bauen », le schéma de notation des bâtiments durables) à des projets de construction fédéraux par le BBSR110.Ces valeurs, environ 300 données pour autant de types de produit, sont destinées à servir de support pour les calculs d’ACV et de coût global111. Dans le second cas les valeurs de DVT sont définies par famille de produit (p. ex. les isolants, les fondations, etc.) de manière à couvrir simultanément plusieurs objets de natures parfois diverses. Il est possible d’ajouter un troisième niveau : celui de la DVT d’un produit défini. On retrouve alors la relation données générique/données spécifique. En augmentant la spécificité il faudrait également décrire les éléments complémentaires qui définissent la durée de vie : les conditions d’utilisations tels que définies par les normes ISO 15686… 7.2.5.5 Recommandations pour le calcul de la phase de fin de vie (modules C1,
C2, C3, C4 et module D)
La phase de fin de vie est notamment importante pour les indicateurs de déchets, de biodiversité, d’usage du sol et d’écotoxicité. L’objectif de ces recommandations est de figer certains paramètres pour harmoniser les résultats de sortie des outils actuels d’ACV bâtiment. La mise à jour des FDES au format de la norme EN 15804 va entraîner une mise à jour des scénarios de fin de vie. Ces scénarios seront plus représentatifs de la pratique actuelle que les scénarios utilisés dans les premières générations de FDES. Nous recommandons aux développeurs d’outils ACV bâtiment de suivre ces scénarios de fin de vie contemporains. Des scénarios alternatifs peuvent toujours être considérés dans le cas d’études ACV prospectives. 110
111
http://www.nachhaltigesbauen.de/baustoff-und-gebaeudedaten/nutzungsdauern-von-bauteilen.html
Le nombre de composant a été diminué depuis la version précédente (environ 1800 entrées).
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BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3
Reproductibilité 7.2.6 Calcul du contributeur « énergie »
Le lecteur est invité à consulter, les recommandations du livrable 2.1 « Aspects Energétiques ». 400/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3
Reproductibilité CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES
Dans la sous‐tâche « 2.3. Reproductibilité », une approche intégrée d’analyse de la reproductibilité des outils novaEQUER et ELODIE a été développée puis mise en application sur des études de cas simple. Dans un premier temps, les outils d’Elodie et novaEQUER ont été décrits sur la base des versions 2013, pour comparer leurs méthodes de calculs, leurs domaines d’application et leurs principales fonctionnalités. Les résultats obtenus ont permis de montrer des différences importantes de méthodologie sur le choix des données sources, des règles de calculs et des indicateurs environnementaux mais également d’interface utilisateurs et d’accompagnement au cours de la modélisation. Pour évaluer si ces choix de méthodologies ou d’interfaces posent des problèmes de reproductibilités, des études de cas simple ont été définies sous différents angles : analyse de la reproductibilité des études entre plusieurs utilisateurs sur un même outil, reproductibilité entre outils en comparaison de variantes et reproductibilité sur les résultats d’une ACV. Les résultats des tests de reproductibilité entre plusieurs utilisateurs sur un même outil ont permis de hiérarchiser les paramètres qu’il convient de figer ou de prédéfinir à l’avenir pour éviter les risques d’erreur entre utilisateurs (p. ex. choix des données environnementales, durées de vie). Les tests de reproductibilité entre les deux outils sur un cas simple ont montré que si l’objectif de l’ACV reste de comparer des variantes de conception, les outils donnent globalement la même tendance notamment pour les indicateurs mis en avant par les politiques publiques (énergie non renouvelable, changement climatique, déchets). Lorsque des classements de variantes différentes été obtenus, ils s’expliquaient par des problèmes de valeurs d’impacts de données sur un ou plusieurs matériaux prépondérants pour l’indicateur et la simulation considérée. Une fois ces données harmonisées, nous avons montré que ces indicateurs restaient au « vert » en comparaison de variantes. En revanche, certains indicateurs posent de beaucoup plus de problèmes (p. ex. formation d’ozone photochimique) mais sont dans le même temps peu significatifs après normalisation en années équivalents habitants. En revanche, lorsque l’ACV est menée dans le cadre non comparatif p. ex. dans le cadre d’un affichage environnemental volontaire ou pour positionner la performance environnementale d’un bâtiment par rapport à une référence, les outils dans leur version « Benefis » ne permettent pas d’obtenir des valeurs concordantes. Dans ce dernier cas, seule une harmonisation intégrale des bases de données ACV pour les matériaux, les équipements, les services et des méthodes de calcul associées permettant d’atteindre une reproductibilité des résultats. Des premières recommandations ont été formulées dans ce livrable. Elles restent toutefois générales et fonction de l’objectif de l’étude (écoconception/comparaison de variantes vs. évaluation des performances environnementales/étiquetage/certification). 401/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3
Reproductibilité Il serait souhaitable de les préciser à terme dans le cadre de travaux nationaux plus opérationnels. En attendant, le rapport sur l’expérimentation interne (4.1) apporte des résultats complémentaires sur la comparaison des résultats entre les outils novaEQUER et ELODIE dans le cadre d’une étude cas de bâtiment réel. 402/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3
Reproductibilité REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
AFNOR. « Norme NF P 01‐010, Qualité environnementale des produits de construction ‐ Déclaration environnementale et sanitaire des produits de construction », 2004, 48 p. AFNOR. « PR NF EN 16449 Bois et dérivés du bois — Calcul de la séquestration du dioxyde de carbone atmosphérique », projet de norme soumis à l’enquête publique, 2013. AFNOR. « Norme NF EN 197, Ciment, partie 1 : Composition, spécifications et critères de conformité des ciments courants », 2001, 33 p. ANSI/ASHRAE Standard 140‐2001. Standard Method of Test for the Evaluation of Building Energy Analysis Computer Programs, American Society of Heating, Refrigerating and Air‐Conditioning Engineers, 2001, 94 p. Baitz M, et al. « LCA’s theory and practice: like ebony and ivory living in perfect harmony? » The International Journal of Life Cycle Assessment, accepted manuscript, available online: 2013. CEN. Norme EN 15978 ‐ Contribution des ouvrages de construction au développement durable ‐ Évaluation de la performance environnementale des bâtiments ‐ Méthode de calcul, 2012. Classen M, Althaus H‐J, Blaser S, Tuchschmid M, Jungbluth N, Doka G, Faist Emmenergger M, et Scharnhorst W. « Life Cycle Inventories of Metals: ecoinvent report No. 10 ». Dübendorf: Swiss Centre for Life Cycle Inventories, 2007, 1945 p. EeBGuide Project “Operational Guidance for Life Cycle Assessment Studies of Energy Efficient Buildings Initiative”. European Project funded by the European Commission within the 7th Framework Programme. 2012. InfoHub available online: www.eebguide.eu, 2012. ELODIE. “Document méthodologique du logiciel ELODIE pour la version complète du progiciel V1.3.010”, décembre 2012, 87 p. Frischknecht R, Jungbluth N, Althaus H‐J, Doka G, Dones R, Heck T, Hellweg S, Hischier R, Nemecek T, Rebitzer G, Spielmann M, et Wernet G. « Overview and Methodology: ecoinvent report No. 1 ». Dübendorf: Swiss Centre for Life Cycle Inventories, 2007, 68 p. Gomès F, Brière R, Feraille A, Habert G, Lasvaux S, Tessier C. “Adaptation of environmental data to national and sectorial context: application for reinforcing steel sold on the French market”. The International Journal of Life Cycle Assessment, accepted manuscript, available online: 2013. HQE. Règles d’application pour l’évaluation environnementale des bâtiments, Version du 14/06/2012 pour le test HQE Performance 2012, Rédaction : Groupe de travail Indicateurs environnementaux du projet HQE Performance, animé par A. LEBERT Juin 2012, 38 p, disponible en ligne : http://assohqe.org/hqe/IMG/pdf/GUIDE_D_APPLICATION_HQE_PERFORMANCE_14‐06‐2012‐2.pdf Kellenberger D, Hischier R, Lasvaux S, Werner F, Ravel P, Chevalier J, Moreno E. “Fiabilisation des bases de données environnementales utilisées dans les ACV de produits de construction et de bâtiments”. Rapport de projet financé par CARNOT, Organismes impliqués : Institut CARNOT CSTB, Ecoinvent, EMPA, Intep, Frank Warner Umwelt & Entwicklung, CSTB, Mars 2013, 26 p. 403/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3
Reproductibilité Lasvaux S. “Etude d’un modèle simplifié pour l’Analyse de Cycle de Vie des Bâtiments”. Thèse de doctorat MINES ParisTech, 434 p, 2010. Lasvaux S, Chevalier J, Peuportier B. “A data analysis tool to compare two LCA databases used in buildings LCA applications for the French context”. Proceedings from the LCA XI International Conference, October 4‐6, 2011, Chicago, IL, United States. Lasvaux S, Schiopu N, Habert G, Chevalier J, Peuportier B. “Influence of simplification of life cycle inventories on the accuracy of impact assessment: application to construction products”. Accepted for Journal of Cleaner Production, 2014. Peuportier B. and Putzeys K. “Inter‐comparison and benchmarking of LCA‐based environmental assessment and design tools”. European Project PRESCO, Final Report WP2, 2005, 74 p. Peuportier B, et Polster B. Logiciel EQUER, Simulation du cycle de vie des bâtiments, Manuel d’utilisation, Ecole des Mines de Paris, Centre d’Energétique, 1995, 46 p. Subramanian V, Ingwersen W, Hensler C, Collie H. “Comparing product category rules from different programs: learned outcomes towards global alignment”. The International Journal of Life Cycle Assessment, Volume 17, Issue 7, pp 892‐903, 2012. WorldSteel (2008) Application of the worldsteel LCI data to recycling scenarios. WorldSteel Association, 12 p. 404/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3
Reproductibilité ANNEXES DE LA PARTIE 1
Annexe 1 : Description de l’interface du logiciel Elodie V2 version V2.0.004
La description de l’interface des outils a pour objectif d’identifier les paramètres ouverts pour l’utilisateur (p. ex. choix des bases de données, paramétrage du calcul de la phase de fin de vie etc.) et les aspects d’aide à l’accompagnement du praticien dans sa modélisation (p. ex. fenêtre d’avertissement, message d’alerte ou de conseils etc.). Dans le tableau ci‐dessous, chaque aspect a un numéro et est rangé par thématique selon le découpage de la grille de comparaison des outils pour les aspects interfaces utilisateur. 405/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3
Reproductibilité [ELO 14]
OUTIL - Contributeur
ENERGIE
"Bâtiment"
Usage
X
L'utilisateur peut choisir les postes de consommation
d'énergie qu'il souhaite prendre en compte dans l'étude
(réglementaires, liés au bâti, non liés au bâti).
[ELO 15]
Type d'énergie
X
L'utilisateur peut choisir le type d'énergie associé à
chaque poste (électricité issue du réseau, charbon,
biomasse, PLE, fioul, gaz naturel, réseau de chaleur).
L'utilisateur peut choisir de considérer deux types
d'énergie différents pour répondre à un même poste de
consommation.
[ELO 16]
Valeur de la consommation d'énergie finale du bâtiment
X
L'utilisateur doit saisir la consommation pour chaque
poste pour obtenir les résultats du contributeur
"énergie". Il est libre de choisir sa source d'information
(calcul RT, STD, autre).
[ELO 17]
Fiche énergie DES
X
L'utilisateur peut choisir les données environnementales
associées à l'énergie utilisée. Le logiciel propose des
DES énergie mais l'utilisateur peut créer ses propres
DES s'il le souhaite.
Energie
OUTIL
"Résultats"
[ELO 18]
Affichage des résultats
L'utilisateur peut visualiser les résultats à l'échelle du
lot. L'utilisateur peut visualiser les résultats à l'échelle
du bâtiment (par lots, par contributeurs). Les résultats
sont disponibles pour 17 indicateurs (le nombre
d'indicateur peut être paramétré).
[ELO 19]
Comparaison de résultats
L'utilisateur peut comparer des bâtiments sur
l'ensemble des 17 indicateurs sur des graphiques radar.
406/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3
Reproductibilité Annexe 3 : Liste d’aspects importants pour les bases de données ACV en
amont des logiciels
Grille complétée par le CSTB mais non validée par ARMINES: Position d'ARMINES sur la colonne Ecoinvent : lignes 2 et 5 : Les ICVs sont fournis séparément pour chaque étape du cycle de vie : fabrication, emballage, mise en oeuvre, remplacement... ligne 7 : possibilité d'utiliser différents modèles de recyclage dans les outils (Equer utilise la méthode des impacts évités) ligne 13 : Europe (RER) en général, Suisse (CH) pour les matériaux produits localement (par exemple béton), informations sur les procédés permettant la contextualisation ligne 15 : données représentatives de la situation évaluée par contextualisation pour les matériaux produits localement, sans contextualisation pour les produits pouvant être importés ligne 17 : revue critique interne des membres du centre Ecoinvent puis externe, cf. Data quality guideline for the Ecoinvent database 407/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 408/565
Tâche 2.3
Reproductibilité BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Inventaire de cycle
de vie
Calcul matriciel, tenant compte des
interactions entre filières
10
Méthode de calcul des inventaires
11
Nomenclature de flux élémentaires des données ACV
12
Type de données de premier plan ["foreground data"] sur
les matériaux et produits de construction
FDES de la base INIES et hors INIES [elles
correspondent à des données collectives
d'un groupe de fabricant / syndicat ou
individuelles sur une gamme ou un produit
spécifique]
ecoinvent v2 [données dite "générique"
basée soit sur des données de la
littérature, sur des données d'industriels
suisse ex. ciment et isolant ISOVER,
allemand ex. plaque de plâtre ou
européens ex. PlasticEurope]
13
Homogénéité (cohérence méthodologique) et
représentativité temporelle, géographique, technologique
des données de premier plan ["foreground data"]
Rep. géographique: France (uniquement
pour les données fournies par les
industriels p. ex. FDES)
Rep. géographique: Europe (RER), Suisse
(CH) en général. Pour la donnée sur le mix
électrique, il s'agit de données françaises.
14
15
Evaluation des
impacts
Celle utilisée par le logiciel d'ACV (p. ex.
matriciel si le logiciel SimaPro et les
données ecoinvent "unit process" sont
utilisées; itérative dans d'autres logiciels
p. ex. TEAM)
A minima, liste minimale de flux conforme
à la norme NF P01-010 soit environ 168
flux [ICV non disponible dans la base
INIES mais uniquement le PDF de
documentation]
Tâche 2.3
Reproductibilité 16
Producteurs français, si les données sont
disponibles [ex. ciment: ATILH, béton:
Type de données d'arrière-plan ["background data"] sur
SNBPE, bois: FCBA et filière amont
l'extraction des matières premières, la mise à disposition de
française], sinon données génériques
l'énergie, le transport, et le traitement des déchets etc.
intégrées aux FDES et modifiées pour être
[valable pour le contributeur COMPOSANTS]
conforme à la norme NF P01-010
[ecoinvent v2, DEAM, GaBi, ELCD]
Homogénéité pas garantie car chaque
industriel peut utiliser des données ACV
différentes pour les procédés amont et
aval en fonction: 1) du logiciel ACV
(SimaPro, GaBi, TEAM...) utilisée lors de la
Homogénéité (cohérence méthodologique) et
réalisation de la FDES, 2) de la
représentativité temporelle, géographique, technologique
disponibilité des BDD ACV dans le logiciel
des données d'arrière-plan ["background data"]
correspondant, 3) de l'adéquation entre la
donnée amont/aval et la situation évaluée
(représentativité temporelle,
géographique, technologique).
Nomenclature de flux élémentaires de la
base ecoinvent v2 soit environ 1000 flux
élémentaires et 4000 par sous-catégorie
[ICV disponible dans la base de données]
ecoinvent v2 [même remarque que pour
l'aspect précédent]
Homogénéité garantie car les données sur
les procédés amont et aval viennent de la
même base (ecoinvent). Données pas
forcément représentative de la situation
évaluée (ex. France).
La base ecoinvent v2 propose 270
indicateurs environnementaux pour
chaque donnée. Ces indicateurs
correspondent aux méthodes IPCC, CML
2001, Cumulative Energy Demand,
IMPACT2002+, Eco-indicator99, EDIP,
Ecological scarcity, Ecological Footprint,
TRACY, Cumulative Exergy Demand
Nombre d'indicateurs environnementaux pris en compte
La base de données INIES ainsi que
l'ensemble des données au format de la
norme NF P01-010 comporte 15
indicateurs environnementaux, cf. onglet
"OUTIL - Base de données"
Fiabilité des données ACV
FDES vérifiées par tierce-partie certifiée
AFNOR (160 sur 800 à fin 2012), revue
Revue critique interne des membres du
critique de certaines données, appelée
"Module d'information environnementale", centre ecoinvent.
au format de la norme NF P01-010 (ICV
des ciments, granulats, bétons)
Documentation des données ACV
Information complète disponible dans les
rapports méthodologiques d'ecoinvent (1520 rapports, plusieurs milliers de pages de
Informations numérisées sur la base INIES documentation à l'échelle du procédé
(www.inies.fr), documentation PDF
unitaire).
publiquement disponible pour chaque
Information réduite ("métadonnées")
FDES (environ 20 pages), rapports
disponible en accompagnement de
méthodologiques confidentiels.
l'inventaire et des indicateurs d'impacts
pour chaque donnée. Par exemple, l'onglet
"process" comporte une description
réduite mais précise de la donnée ACV.
Interprétation
17
Communication et
revue critique
18
409/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3
Reproductibilité Annexe 4 : Liste d’aspects importants pour les bases de données intégrées
au logiciel
Cette liste ne fait pas consensus Intégration des Inventaires de Cycle de Vie (ICV) dans la
base de données
Non
13
Représentativité et cohérence méthodologique des données
génériques intégrées à la base de données du logiciel
(Si données fournies par les fabricants
français de type FDES) Données
généralement représentatives de la
situation française mais peuvent ne pas
être issues d'une même base de données
amont (p. ex. possibilité de données ELCD,
Ecoinvent, DEAM, GaBi).
14
[Si données génériques de type ecoinvent], procédure de
contextualisation mise en place pour le contexte français?
Non
12
Inventaire de cycle
de vie
15
[Si oui] Paramètres contextualisés?
410/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3
Reproductibilité 17 indicateurs calculés au format de la
norme NF P01-010. Ces indicateurs sont
calculés pour les données de la base INIES
et les données génériques ELODIE.
16
Nombre d'indicateurs environnementaux pris en compte
17
Possibilité de paramétrer les facteurs de caractérisation dans
Non (car ICV non intégré)
le logiciel
18
Nom des indicateurs environnementaux intégrés dans l'outil
Evaluation des
impacts
19
Méthode de calcul des indicateurs environnementaux
- Energie primaire totale [MJ]
- Energie renouvelable [MJ]
- Energie non renouvelable [MJ]
- Epuisement de ressources [kg eq-Sb]
- Consommation d'eau [l]
- Déchets dangereux [kg]
- Déchets non dangereux [kg]
- Déchets inertes [kg]
- Déchets radioactifs [dm3]
- Changement climatique [kg eq-CO2]
- Acidification atmosphérique [kg eq-SO2]
- Pollution de l'air [m3 air]
- Pollution de l'eau [m3 eau]
- Formation d'ozone photochimique [kg eqC2H4]
- Destruction de la couche d'ozone [kg eqCFC11]
- Energie primaire procédé [MJ]
- Eutrophisation [kg eq-PO43-]
Pour les FDES, les méthodes de calcul des
indicateurs sont basées a minima sur la
norme NF P01-010, complété par le
Vadémeccum AIMCC de 2009. Pour les
FDES calculées sous SimaPro, elles
s'appuient sur les hypothèses du
revendeur de SimaPro en France (EVEA):
méthode Mat-France.
En règle générale, les indicateurs suivants
sont calculés sur la base (quelque soit la
référence ci-dessus) de la méthode
[CML, 2001]:
- Epuisement de ressources
- Changement climatique
- Acidification atmosphérique
- Destruction de la couche d'ozone
Les indicateurs suivants sont basés sur
[NF P01-010, Vadémeccum AIMCC et MatFrance]:
- Pollution de l'air
- Pollution de l'eau
- Formation d'ozone photochimique
- Eutrophisation
Les autres indicateurs décrivant l'utilisation
de ressources sont basés sur
[NF P01-010, Vadémeccum AIMCC, MatFrance, et logiciel ELODIE]:
- Energie primaire totale
- Energie renouvelable
- Energie non renouvelable
Interprétation
20
Communication et
revue critique
21
Revue critique de la base de données intégrée au logiciel
Non
Documentation des données ACV
Pour les FDES, les informations
disponibles sur la base INIES sont
reportées aux côtés des résultats
d'indicateurs pour chaque donnée.
411/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3
Reproductibilité 7.4
Annexe 5 : Liste d’aspects importants pour le calcul du contributeur
« COMPOSANT »
Cette liste ne fait pas consensus 412/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3
Reproductibilité Méthode de calcul de la phase FIN DE VIE
FIN DE VIE
[modules C]
et
Potentiels de
récupération,
récupération et
recyclage
[Module D]
12
Frontières du système pour la déconstruction du bâtiment
Pas pris en compte (sauf cas
exceptionnelle ex. FDES Béton du CERIB)
13
Distances de transport vers un lieu de
dépose/démantèlement/recyclage
Distance de transport conventionnelle [1020 km pour inertes et inertes non
dangereux, 100 km pour déchets
dangereux] définies dans NF P01-010
14
Scénario par défaut: mise en décharge.
Il peut y avoir valorisation s'il existe une
filière réelle. La frontière du scénario
Frontières pour la dépose, l'envoi vers un site de traitement:
"recyclage" s'arrête après la mise en stock
décharge, incinération) et le recyclage
(p. ex. le broyage du béton est de la
responsabilité suivant la méthode des
stocks du prochain cycle de vie)
15
Evaluation du potentiel de recyclage des matériaux et
produits de construction
Pas pris en compte dans la méthodologie
de calcul des FDES et des données
génériques ELODIE (NF P01-010)
413/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3
Reproductibilité Annexe 6 : Liste d’aspects importants pour le calcul du contributeur
« ENERGIE »
Cette liste ne fait pas consensus 414/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3
Reproductibilité Annexe 7 : Liste d’aspects importants concernant le lien entre calculs
énergétiques et ACV
Cette liste ne fait pas consensus 415/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3
Reproductibilité Annexe 8 : Liste d’aspects importants concernant les paramètres de
l’interface utilisateur
Cette liste ne fait pas consensus 416/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3
Reproductibilité 417/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3
Reproductibilité Source pour le calcul des consommations énergétiques
Tout logiciel de simulation thermique (STD
ou RT) [ELO 16]
Usages énergétiques
Tous les usages sur la parcelle. Uimob:
calcul qtés EF via COMETH Umob: qtés EF
à renseigner par l'utilisateur [ELO 14]
Postes énergétiques que l'utilisateur peut prendre en compte
(périmètre d'étude pour le contributeur ENERGIE)
Chauffage
ECS
Climatisation - Refroidissement
Eclairage
Ventilation
Auxiliaires
Equipements liés au bâtiment
Equipements non liés au bâtiment
[ELO 14]
OUTIL - Contributeur
ENERGIE
Caractéristiques des équipements de production d'énergie
Non paramétrable dans l'outil mais non
figé (car calcul thermique non lié à l'outil)
[ELO 15 - ELO 16]
Association des données ACV sur les types d'énergie
Paramétrable (choix de la DES énergie
parmi celles d'ELODIE, création de sa
propre DES) [ELO 17]
Prise en compte de l'impact des équipements
de production d'énergie intégrés au bâti
Paramétrable à partir des données sur
les équipements (PEP ou données
génériques ELODIE), lot "équipements"
pris en compte dans le découpage HQE
Performance
Interprétation des résultats pour le contributeur ENERGIE
Résultats présentés par poste
(règlementaires, non règlementaires, liés
au bâti, non lié au bâti)
418/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3
Reproductibilité Annexe 9 : Liste d’aspects importants concernant l’accompagnement du
praticien au cours de la modélisation
Cette liste ne fait pas consensus 419/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 420/565
Tâche 2.3
Reproductibilité BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3
Reproductibilité ANNEXES DES PARTIES 3, 4, 5
Annexe 10 : Hypothèses détaillées pour la STD et l’ACV pour les
simulations complémentaires
1. Simulation STD 1) ASHRAE V1 (Cas de base)
 Description des scénarios
Scénario
Consigne de température Description Chauffage / Climatisation Occupation Puissance dissipée
Ventilation externe
Liée à l’électroménager, la bureautique et à l’éclairage, modélisé par un scénario d’occupation de 2,5 adultes
Scénario avec un débit nominal de 0,41 vol/h Ventilation interne
Infiltration Surventilation
Occultation 2) ASHRAE V1 BBC
 Description des scénarios
Scénario
Description Chauffage / Climatisation
Consigne de température Occupation 421/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3
Reproductibilité Puissance dissipée
Liée à l’électroménager, la bureautique et à l’éclairage, modélisé par un scénario d’occupation de 2,5 adultes
Ventilation externe
VMC DF avec échangeur de chaleur d’efficacité 75 % (prise en compte dans le débit d'infiltration à 0,17 v/h)
Ventilation interne
Infiltration Surventilation
Ouverture contrôlée des fenêtres (5 vol/h)
Occultation Utilisation de stores d’avril à octobre avec une occultation de 80 % 3) ASHRAE V2
 Description des scénarios
Périmètre réduit
Scénario
Description
Chauffage Consigne de température Pas de systèmes de climatisation (RT : BR1  pas de clim)
Occupation Puissance dissipée
Ventilation externe
Liée à l’électroménager, la bureautique et à l’éclairage, modélisé par un scénario d’occupation de 2,5 adultes
VMC DF avec échangeur de chaleur d’efficacité 75 % (prise en compte dans le débit d'infiltration à 0,17v/h)
Ventilation interne
Infiltration Surventilation
Ouverture contrôlée des fenêtres (5 vol/h)
Occultation Utilisation de stores d’avril à octobre avec une occultation de 80 % Périmètre complet Scénario
Description 422/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3
Reproductibilité Chauffage Consigne de température Pas de systèmes de climatisation (RT : BR1  pas de clim)
Occupation Occupation RT avec 1 adulte équivalent (SHON 48 m²) Puissance dissipée
Liée à l’électroménager, la bureautique et à l’éclairage Ventilation externe
VMC DF avec échangeur de chaleur d’efficacité 75 % (prise en compte dans le débit d'infiltration à 0,17v/h) Puissance électrique 0,37 Wh/m3 (donnée CEA)
Ventilation interne
Infiltration Surventilation
Ouverture contrôlée des fenêtres (5 vol/h)
Occultation Utilisation de stores d’avril à octobre avec une occultation de 80 % ECS Scénario ECS Th‐BCE pour maison INCAS 423/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3
Reproductibilité 2. Simulation ACV  Contributeur Composants
Fonctionalité
ASHRAE
EQUER (base EcoInvent)
Elodie (Données génériques )
Finition intérieure
Plasterboard
Plâtre ‐ plaque
Plaque de plâtre
Isolation des murs
Fiberglass quilt
Laine de verre
Panneau isolant thermoacoustique en laine de verre
Mur léger (bois) Plancher
Wood Siding
Timber Flooring
Bois aggloméré ‐ plaque
Contreplaqué (certifié)
Panneau contreplaqué
Panneau contreplaqué
Isolation du plancher
Plafond côté intérieur
Insulation
Plasterboard
Polystyrène expansé
Plâtre ‐ plaque
Panneau isolant en polystyrène expansé
Plaque de plâtre
Fiberglass quilt
Roofdeck
Window
Laine de verre
Bois aggloméré ‐ plaque
Cadre en bois (certifié )
Double vitrage
Mur lourd (blocs de béton)
Concrete bloc
Parpaing Mortier de ciment
Isolation des murs
Foam Insulation
Laine de verre
Concrete slab
Béton Armatures en acier
WALL
FLOOR
ROOF
Isolation plafond
Plafond côté extérieur
Cadre de fenêtre
WINDOW
Vitrage
Fenêtres bois double vitrage
Bloc béton
WALL
Dalle béton
Panneau isolant thermoacoustique en laine de verre
Panneau contreplaqué
Panneau isolant thermoacoustique en laine de verre
Béton armé pour Dalles et Prédalles pour utilisation en Maison Individuelle
Durées de vies : NovaEquer Elodie Equipement 30 ans 30 ans Menuiserie 30 ans 30 ans Etat de surface 10 ans Matériaux Durée de vie définie par l’étude Dépend de la donnée générique 424/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3
Reproductibilité Fin de vie des matériaux : NovaEquer Elodie Choix de la mise en décharge pour tous les matériaux lors de la saisie Par défaut : mise en décharge et % valorisé si existence filière revalorisation 1) Pour un Périmètre Réduit
 Autres contributeurs
NovaEquer Elodie Consommation d’eau Mise à 0 l/j/personne pour l’eau froide et l’ECS Aucun émetteur d’ECS n’est déclaré Déchets Aucune donnée remplie Aucune donnée remplie Transports Aucune donnée remplie Aucune donnée remplie 2) Pour un Périmètre Complet
 Contributeur Eau
NovaEquer Elodie Saisie des besoins d’eau froide et d’ECS journalier et par personne (100 L/j/pers (eau froide) + 42 L/j/pers(ECS))*365 j * 1 personne = 51 830 L = 51,83 m3 DES associée « Eau du robinet » 425/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3
Reproductibilité  Autres contributeurs
NovaEquer Elodie Déchets Aucune donnée remplie Aucune donnée remplie Transports Aucune donnée remplie Aucune donnée remplie Chantier Choix lors de la saisie : 5 % de surplus pour les matériaux de construction Taux de chute fonction des données FDES utilisées Annexe 11 : Comparaison des fichiers météo Macon TRY et Macon RT2012
1. Cas de Base ASHRAE V1 Résultats comparatifs des besoins de chauffage et de refroidissement en fonction de différentes années de référence pour le calcul des fichiers météos : Besoins de chauffage (kWh/m²)
120
100
105
80
110
97
84 81
80
69
ASHRAE V1
(Macon TRY)
53
60
40
ASHRAE V1
(Macon RT2012)
20
0
Besoins de refroidissement (kWh/m²)
Cas
600
Cas
620
Cas
900
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
82
68
52
44
33
426/565
43
32
ASHRAE V1
(Macon TRY)
ASHRAE V1
(Macon
RT2012)
Cas
600
Cas
920
64
Cas
620
Cas
900
Cas
920
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3
Reproductibilité Besoins énergétiques totaux (kWh/m²)
200 173
162 162
148
150
100
23,2922,49
22,87
25 22,22
22,6922,11
22,5322,79
114
97
129
112
Température moyenne
20
ASHRAE V1
(Macon TRY)
10
ASHRAE V1
(Macon RT2012)
50
ASHRAE V1
(Macon
RT2012)
5
0
0
Cas
600
ASHRAE V1
(Macon TRY)
15
Cas
620
Cas
900
Cas
920
Cas
600
Cas
620
Cas
900
Cas
920
Pour le cas ASHRAE V1, les données météo du fichier « Macon RT2012 » (années de référence 1981‐
2010) amène à des besoins de refroidissement (+20%) plus élevés resp. besoins de chauffage plus faibles (‐25%) que dans le cas de la STD basée sur le fichier « Macon TRY » (années de référence 1961‐1990). Les besoins totaux sont en baisse (entre ‐7% et ‐15%) tandis que la température moyenne reste à peu près constante. 2. ASHRAE V1 BBC Besoins de chauffage (kWh/m²)
30
25
20
24
15
27
17
30
24
17
14
15
7
10
Besoins de refroidissement (kWh/m²)
25
ASHRAE V1 BBC
(Macon TRY)
ASHRAE V1 BBC
(Macon RT2012)
5
20
24
16
15
9
10
0
14
13
10
7
6
Cas
900
Cas
920
5
0
Cas
600
Cas
620
Cas
900
Cas
920
Cas
600
427/565
Cas
620
ASHRAE V1
BBC (Macon
TRY)
ASHRAE V1
BBC (Macon
RT2012)
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3
Reproductibilité Température moyenne (°C)
30
Besoins énergétiques totaux (kWh/m²)
50
40
25
40 39
36
20
31
30
30
24
20
24
20
10
0
Cas
600
Cas
620
Cas
900
ASHRAE V1
BBC (Macon
TRY)
15
ASHRAE V1
BBC (Macon
RT2012)
0
ASHRAE V1 BBC
(Macon TRY)
10
ASHRAE V1 BBC
(Macon RT2012)
5
Cas
600
Cas
620
Cas
900
Cas
920
Cas
920
Pour le cas ASHRAE V1 BBC, les données météo du fichier « Macon RT2012 » (années de référence 1981‐2010) amène à des besoins de refroidissement (+35%) plus élevés resp. besoins de chauffage plus faibles (‐40%) que dans le cas de la STD basée sur le fichier « Macon TRY » (années de référence 1961‐1990). Les besoins totaux sont en baisse (entre ‐3% et ‐20%) tandis que la température moyenne reste à peu près constante. 428/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3
Reproductibilité 3. ASHRAE V2 Température moyenne (°C)
Besoins de chauffage (kWh/m²)
30
28
25
27
25
25
20
20
16
18
17
ASHRAE V2
(Macon TRY)
14
15
10
7
15
10
ASHRAE V2
(Macon RT2012)
5
ASHRAE V2
(Macon TRY)
ASHRAE V2
(Macon RT2012)
5
0
0
Cas
600
Cas
620
Cas
900
Cas
600
Cas
920
Cas
620
Cas
900
Cas
920
Température maximale (°C)
40
35
30
25
20
15
10
5
0
ASHRAE V2
(Macon TRY)
ASHRAE V2
(Macon RT2012)
Cas
600
Cas
620
Cas
900
Cas
920
Pour le cas ASHRAE V2, les données météo du fichier « Macon RT2012 » (années de référence 1981‐
2010) amène à des besoins de chauffage plus faibles (‐36 à ‐59%) que dans le cas de la STD basée sur le fichier « Macon TRY » (années de référence 1961‐1990). La suppression de la climatisation conduit à une augmentation de la température maximale dans la maison. 429/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3
Reproductibilité Annexe 12 : Simulation n°1 - ACV comparatives de bâtiments existants
Type d’ACV : ACV simplifiée (Paramètres laissés par défaut dans les deux outils) Versions des logiciels : PLEIADES+COMFIE v3.4.4.0 ‐ novaEQUER v0.59.3.2 ‐ ELODIE v2.1.6.0 1. Objectif de l’étude Tester la reproductibilité des résultats d’ACV comparatives de bâtiments existants (très peu performants énergétiquement) avec les deux outils novaEQUER et ELODIE. L’objectif étant de cerner les problèmes de reproductibilité et de déterminer les causes (données, base de données, méthodologie…) pour ensuite formuler des recommandations. 2. Périmètre d’étude et justification 430/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 3. Simulation STD  Données d’entrée pour l’ACV issues de la STD
Besoins
Besoins
Besoins
Besoins
Chauffage Chauffage Climatisation Climatisation
kWh
kWh/m²
kWh
kWh/m²
Cas 600
3846
80
3944
82
Cas 620
4027
84
3080
64
Cas 900
2547
53
2108
44
Cas 920
3327
69
2083
43
Les calculs sont effectués au pas de temps horaire et sont agrégés sur l’année. 4. Hypothèses pour l’ACV Unité fonctionnelle : Maison de 48 m² habitable sur 50 ans DVP : 50 ans Fichier météo : Macon RT 2012 431/565
Tâche 2.3
Reproductibilité BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3
Reproductibilité  Contributeur Energie
NovaEquer Elodie Besoins de climatisation transmis par Pléiades en énergie utile Renseigner les consommations en énergie finale Electricité mix fixe français Electricité – Mix électrique (France) Equipement Lien STD/ACV Besoins de chauffage transmis par Pléiades en énergie utile Renseigner les consommations en énergie finale Lien STD/ACV Climatisation Vecteur énergétique Chauffage Vecteur énergétique Chauffage gaz issu de la BdD EcoInvent v2.2 contextualisée français Fiche DES : Gaz naturel – Chauffage (CSTB) Equipement Chaudière gaz pour MI ttes technologies, P variée Chaudière gaz 10 kW Rendement 87 % (Par défaut) 5. Résultats de l’ACV  Radars de comparaison des variantes
Radars tous contributeurs confondus Energie primaire
totale
Formation
d'ozone…
Acidification
atmosphérique
100%
80%
60%
40%
20%
0%
Changement
climatique
Energie
primaire totale
Consommation
d'eau totale
Déchets éliminés
Déchets
radioactifs
Formation
d'ozone…
Acidification
atmosphérique
432/565
100%
80%
60%
40%
20%
0%
Changement
climatique
Consommation
d'eau totale
Cas 600
Cas 620
Déchets
éliminés
Déchets
radioactifs
Cas 900
Cas 920
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3
Reproductibilité  Ecarts relatifs ente les outils ELODIE et novaEQUER
Comparaison des variantes Valeurs d'impacts (Cas 600) Valeurs d'impacts (Cas 620) Valeurs d'impacts (Cas 900) Valeurs d'impacts (Cas 920) Class. 1ère Ecarts* Ecarts* Ecarts* Ecarts* Energie primaire totale 3 % 4 % 3 % 4 % Consommation d'eau totale 9 % 9 % ‐7 % ‐7 % Déchets éliminés 27 % 29 % ‐15 % ‐15 % Déchets radioactifs 22 % 23 % 25 % 26 % Changement climatique 6 % 6 % 1 % 1 % Acidification atmosphérique 6 % 6 % 1 % 0 % Formation d'ozone photochimique 83 % 82 % 58 % 42 % *Ecart à la moyenne entre les deux outils : (ELODIE‐novaEQUER)/moyenne (novaEQUER ; ELODIE) 433/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3
Reproductibilité  Contributions relatives entre les différents contributeurs


100%


80%

60%

40%

20%

0%
‐20%




Cas 600
Cas 900
100%
80%
Energie
60%
Part des
équipements
Mur extérieur et
toit
Sol
40%
20%
0%
Fenêtre
‐20%
Cas 900
Cas 600
100%
100%
80%
80%
Energie
60%
60%
40%
40%
20%
20%
Part des
équipements
Mur extérieur
et toit
Sol
0%
0%
Fenêtre
‐20%
Le contributeur Energie est prédominant pour chaque indicateur sauf « déchets éliminés » dans les deux outils et « Formation d’ozone photochimique » sous ELODIE. Remarque : Le transport des matériaux n’est pas représenté sur le graphique ci‐dessus car novaEQUER ne reporte que le total des impacts du transport sur chantier sans l’affecter à chaque lot. Toutefois, sa contribution relative à l’échelle du bâtiment est toujours inférieur à 3% des impacts totaux, les tendances restent donc les mêmes. 434/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité 5. Eléments d’interprétation des résultats Deux indicateurs environnementaux présentent des difficultés à conclure sur leur reproductibilité. En effet les valeurs fournies pour les quatre variantes ASHRAE pour chaque logiciel sont très proches les unes des autres. Ces deux indicateurs environnementaux sont les suivants :  Formation d’ozone photochimique : lié aux différentes bases de données et aux
méthodes de calcul pour le définir (cf l’article « Influence of simplification of life cycle
inventories on the accuracy of impact assessment : application to construction products »,
S. Lasvaux, N. Schiopu, G. Habert, J. Chevalier, B. Peuportier)
 Déchets radioactifs : (kg)
ELODIE novaEQUER (BdD EcoInvent v2.2 contextualisée français) Vecteur électrique 1,66E‐04 1,42E‐04 1 kWh Vecteur gaz + équipement 5,44E‐01 2,19E‐01 1 TJ UF C’est la climatisation qui impacte le plus l’indicateur déchets radioactifs. Les cas 900 et 920 ont des besoins de refroidissement assez similaires, étant donné que le vecteur gaz + équipement sous ELODIE impacte deux fois plus que sous novaEQUER et que le cas 920 a des besoins de chauffage plus élevés que le cas 900, il se produit une inversion dans le classement entre les deux logiciels. Au vu de ces remarques, si le vecteur Gaz Naturel est harmonisé entre les deux outils, nous obtenons : Comparaison des variantes
Valeurs d'impacts (Cas 600) Valeurs d'impacts (Cas 620) Valeurs d'impacts (Cas 900) Valeurs d'impacts (Cas 920) Ecarts* Ecarts* Ecarts* Ecarts* Class. 1ère Energie primaire totale 10 % 11 % 10 % 11 % Consommation d'eau totale 11 % 11 % ‐5 % ‐5 % Déchets éliminés 29 % 31 % ‐14 % ‐14 % Déchets radioactifs 19 % 20 % 23 % 23 % Changement climatique 17 % 18 % 11 % 12 % 435/510
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Acidification atmosphérique 17 % 18 % 11 % 12 % Formation d'ozone photochimique 105 % 105 % 85 % 78 % * Ecart à la moyenne entre les deux outils : (ELODIE‐novaEQUER)/moyenne (novaEQUER ; ELODIE) 6. Recommandations pour assurer une reproductibilité en comparaison de variantes Le contributeur Energie étant prédominant pour ce cas d’étude de base, notre étude a montré qu’il suffit d’harmoniser le vecteur énergétique « Gaz Naturel » entre les deux outils afin que l’ensemble des indicateurs mettent en avant la même meilleure variante. Annexe 13 : Simulation n°2 - ACV comparatives avant/après rénovation
énergétique
Type d’ACV : ACV simplifiée (Paramètres laissés par défaut dans les deux outils) Versions des logiciels : PLEIADES+COMFIE v3.4.4.0 ‐ novaEQUER v0.59.3.2 ‐ ELODIE v2.1.6.0 1. Objectif de l’étude Tester la reproductibilité des résultats d’ACV avant et après réhabilitation d’un bâtiment avec les deux outils novaEQUER et ELODIE. L’objectif étant de cerner les problèmes de reproductibilité et de déterminer leur provenance (données, base de données, méthodologie…) pour ensuite formuler des recommandations. 2. Périmètre d’étude et justification 436/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité 3. Simulation STD  Données d’entrée pour l’ACV issues de la STD
ASHRAE V1 Besoins
Besoins
Besoins
Besoins
Chauffage Chauffage Climatisation Climatisation
kWh
kWh/m²
kWh
kWh/m²
Cas 600
3846
80
3944
82
Cas 620
4027
84
3080
64
Cas 900
2547
53
2108
44
Cas 920
3327
69
2083
43
ASHRAE V1 BBC Besoins
Besoins
Besoins
Besoins
Chauffage Chauffage Climatisation Climatisation
kWh
kWh/m²
kWh
kWh/m²
Cas 600
707
15
1154
24
Cas 620
828
17
665
14
Cas 900
351
7
635
13
Cas 920
681
14
491
10
437/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité ASHRAE V2 Besoins
Besoins
Chauffage Chauffage
kWh
kWh/m²
Cas 600
776
16
Cas 620
851
18
Cas 900
355
7
Cas 920
683
14
Les calculs sont effectués au pas de temps horaire et sont agrégés sur l’année. 4. Hypothèses pour l’ACV Unité fonctionnelle : Maison de 48 m² habitable sur 50 ans DVP : 50 ans Fichier météo : Macon RT 2012 438/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité  Contributeur Energie
Lien STD/ACV NovaEquer Elodie Besoins de climatisation transmis par Pléiades en énergie utile Renseigner les consommations en énergie finale Electricité mix fixe français Fiche DES : Electricité – Mix électrique annuel (France) (CSTB) Besoins de chauffage transmis par Pléiades en énergie utile Renseigner les consommations en énergie finale Climatisation Vecteur énergétique Equipement Lien STD/ACV Chauffage Vecteur énergétique Chauffage gaz issu de la BdD EcoInvent v2.2 contextualisée français Equipement Chaudière gaz 10 kW Rendement 87 % (Par défaut) Fiche DES : Gaz naturel – Chauffage (CSTB) Chaudière gaz pour MI ttes technologies, P variée 5. Résultats de l’ACV  Radars de comparaison des variantes
Radars tous contributeurs confondus (Cas 900) Formation
d'ozone…
Energie
primaire
totale
Energie primaire
totale
Acidification
atmosphérique
1,00
0,80
0,60
0,40
0,20
0,00
Changement
climatique
Consommation
d'eau totale
Déchets
éliminés
Déchets
radioactifs
Formation
d'ozone
photochimi…
Acidification
atmosphériq
ue
1,00
0,80
0,60
0,40
0,20
0,00
Changement
climatique
439/565
Consommati
on d'eau
totale
Déchets
éliminés
Déchets
radioactifs
ASHRAE V1
ASHRAE V1 BBC
ASHRAE V2
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité  Ecarts relatifs entre les outils ELODIE et novaEQUER
Comparaison des variantes Class. 1ère Valeurs d'impacts (ASHRAE V1) Valeurs d'impacts (ASHRAE V1 BBC) Valeurs d'impacts (ASHRAE V2) Ecarts* Ecarts* Ecarts* Energie primaire totale 3 % 3 % 5 % Consommation d'eau totale ‐7 % ‐27 % ‐63 % Déchets éliminés 15 % 16 % 16 % Déchets radioactifs 25 % 38 % 105 % Changement climatique 1 % ‐3 % ‐3 % Acidification atmosphérique 1 % 5 % 5 % Formation d'ozone photochimique 58 % 117 % 119 % * Ecart à la moyenne entre les deux outils : (ELODIE‐novaEQUER)/moyenne (novaEQUER ; ELODIE) Il n’y a aucun problème de reproductibilité sur la comparaison des variantes avant et après rénovation énergétique entre les deux outils novaEQUER et ELODIE. 440/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Annexe 14: Simulation n°3 - ACV comparatives de bâtiments neufs (périmètre
réduit)
Type d’ACV : ACV simplifiée (Paramètres laissés par défaut dans les deux outils) Versions des logiciels : PLEIADES+COMFIE v3.4.4.0 ‐ novaEQUER v0.59.3.2 ‐ ELODIE v2.1.6.0 1. Objectif de l’étude Tester la reproductibilité des résultats d’ACV comparatives de bâtiments neufs (très performants énergétiquement) avec les deux outils novaEQUER et ELODIE. L’objectif étant de cerner les problèmes de reproductibilité et de déterminer leur provenance (données, base de données, méthodologie…) pour ensuite formuler des recommandations. 2. Périmètre d’étude et justification 441/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité 3. Simulation STD  Données d’entrée pour l’ACV issues de la STD
Besoins
Besoins
Chauffage
Chauffage
kWh
kWh/m²
Cas 600
776
16
Cas 620
851
18
Cas 900
355
7
Cas 920
683
14
Les calculs sont effectués au pas de temps horaire et sont agrégés sur l’année. 4. Hypothèses pour l’ACV Unité fonctionnelle : Maison de 48 m² habitable sur 50 ans DVP : 50 ans Fichier météo : Macon RT 2012 442/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité  Contributeur Energie
Lien STD/ACV Chauffage novaEQUER ELODIE Besoins de chauffage transmis par Pléiades en énergie utile Renseigner les consommations en énergie finale Vecteur énergétique Chauffage gaz issu de la BdD EcoInvent v2.2 contextualisée français Equipement Chaudière gaz 10 kW Rendement 87 % (Par défaut) Fiche DES : Gaz naturel – Chauffage (CSTB) Chaudière gaz pour MI ttes technologies, P variée 5. Résultats de l’ACV  Radars de comparaison des variantes
Radars tous contributeurs confondus Energie primaire
totale
Formation
d'ozone…
Acidification
atmosphérique
100%
80%
60%
40%
20%
0%
Energie
primaire totale
Consommation
d'eau totale
Déchets éliminés
Formation
d'ozone…
Acidification
atmosphérique
100%
80%
60%
40%
20%
0%
Consommation
d'eau totale
Cas 620
Déchets
éliminés
Changement
climatique
Déchets
radioactifs
Changement
climatique
443/565
Cas 600
Déchets
radioactifs
Cas 900
Cas 920
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité  Ecarts relatifs entre les outils ELODIE et novaEQUER
Comparaison des variantes
Valeurs d'impacts (Cas 600) Valeurs d'impacts (Cas 620) Valeurs d'impacts (Cas 900) Valeurs d'impacts (Cas 920) Ecarts* Ecarts* Ecarts* Ecarts* Class. 1ère Energie primaire totale 8% 8% 5% 5% Consommation d'eau totale 9% 9% ‐63% ‐62% Déchets éliminés 34% 33% ‐16% ‐16% Déchets radioactifs 110% 110% 105% 105% Changement climatique 24% 22% ‐3% ‐2% Acidification atmosphérique 19% 18% 5% 4% Formation d'ozone photochimique 148% 146% 119% 109% * Ecart à la moyenne entre les deux outils : (ELODIE‐novaEQUER)/moyenne (novaEQUER ; ELODIE)  Contributions relatives entre les différents contributeurs
Cas 600
100%
80%
60%
40%
20%
0%
‐20%
Cas 900
100%
80%
60%
40%
20%
0%
‐20%
444/565
Energie
Part des
équipements
Mur extérieur et
toit
Sol
Fenêtre
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Cas 600
100%
80%
60%
40%
20%
0%
Cas 900
100,00%
80,00%
60,00%
40,00%
20,00%
0,00%
‐20%
Energie
Part des
équipements
Mur extérieur et
toit
Sol
Fenêtre
Les contributeurs composant et équipement technique prédominent sur le contributeur énergie sauf pour l’indicateur environnemental « Energie primaire totale », et « Changement climatique » qui est fortement impacté par le chauffage. La part des équipements sous ELODIE est plus importante que sous novaEQUER. 6. Eléments d’interprétation des résultats Trois indicateurs environnementaux présentent des difficultés à conclure sur leur reproductibilité. En effet les valeurs fournies pour les quatre variantes ASHRAE pour chaque logiciel sont très proches les unes des autres. Ces trois indicateurs environnementaux sont les suivants :  Formation d’ozone photochimique (même explication que pour la simulation1)  Acidification atmosphérique : lié à la donnée Bois aggloméré (novaEQUER) qui est moins impactant que Contreplaqué (ELODIE)  Déchets radioactifs : lié à la différence de données au niveau des procédés énergétiques (cf. tableau page 173), et de la production des matériaux selon les deux outils. ELODIE utilisent majoritairement des FDES ou données génériques représentatives du contexte français avec une part d’électricité qui correspond au mix français (78 % d’énergie nucléaire) tandis que novaEQUER utilise des données ecoinvent, pour partie contextualisées (p. ex. pour le béton, la brique terre cuite etc.) mais aussi des données moyennes Européennes pour des matériaux qui peuvent être importés. 445/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Un indicateur environnemental présente un problème de reproductibilité au niveau du classement des variantes. Cependant pour cet indicateur, les deux outils affichent la même meilleure variante.  Changement climatique : lié aux données Parpaing de béton (novaEQUER)‐Bloc béton (ELODIE) et Bois aggloméré (novaEQUER)‐Contreplaqué (ELODIE), sous novaEQUER le béton impacte plus l’indicateur changement climatique et le bois impacte moins que sous ELODIE Si les données Bloc béton et Contreplaqué sont harmonisées sur les données Parpaing de béton et Bois aggloméré, nous obtenons : Comparaison des variantes
Valeurs d'impacts (Cas 600) Valeurs d'impacts (Cas 620) Valeurs d'impacts (Cas 900) Valeurs d'impacts (Cas 920) Ecarts* Ecarts* Ecarts* Ecarts* Class. 1ère Energie primaire totale 5% 5% 0% 1% Consommation d'eau totale ‐12% ‐12% ‐49% ‐48% Déchets éliminés 14% 14% ‐28% ‐28% Déchets radioactifs 94% 94% 80% 81% Changement climatique 12% 11% ‐13% ‐8% Acidification atmosphérique 5% 5% ‐12% ‐12% Formation d'ozone photochimique 117% 115% 1% ‐14% * Ecart à la moyenne entre les deux outils : (ELODIE‐novaEQUER)/moyenne (novaEQUER ; ELODIE) 7. Recommandations pour assurer une reproductibilité en comparaison de variantes Si une seule et même base de données était utilisée pour les deux outils, tous les problèmes de reproductibilité seraient supprimés. Néanmoins si deux données étaient harmonisées pour le bloc béton et le bois contreplaqué, il serait possible d’avoir 4 indicateurs environnementaux sur 7 qui ne présentent aucun problème de reproductibilité sur les classements de variantes. De plus les écarts à la moyenne entre les deux outils s’en trouveraient sensiblement diminués. 446/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Annexe 15 : Simulation n°3 - ACV comparatives de bâtiments neufs
(périmètre complet)
Type d’ACV : ACV simplifiée (Paramètres laissés par défaut dans les deux outils) Versions des logiciels : PLEIADES+COMFIE v3.4.4.0 ‐ novaEQUER v0.59.6.4 ‐ ELODIE v2.1.6.2 1. Objectif de l’étude Tester la reproductibilité des résultats d’ACV comparatives de bâtiments neufs avec les deux outils novaEQUER et ELODIE. L’objectif étant de cerner les problèmes de reproductibilité et de déterminer leur provenance (données, base de données, méthodologie…) pour ensuite formuler des recommandations. 2. Périmètre d’étude et justification 447/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité 3. Simulation STD  Données d’entrée pour l’ACV issues de la STD
Besoins
Besoins
Chauffage
Chauffage
kWh
kWh/m²
Cas 600
1092
23
Cas 620
1157
24
Cas 900
554
12
Cas 920
922
19
448/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Auxiliaires de ECS (Gaz
Usages spécifiques
ventilation
de l’électricité
Naturel)
kWh(ef)
kWh(ef)
kWh(ef)
Cas 600
71
1121
1404
Cas 620
71
1124
1404
Cas 900
71
1117
1404
Cas 920
71
1123
1404
Les calculs sont effectués au pas de temps horaire et sont agrégés sur l’année. 4. Hypothèses pour l’ACV Unité fonctionnelle : Maison de 48 m² habitable sur 50 ans DVP : 50 ans Fichier météo : Macon RT 2012  Contributeur Energie
Chauffage NovaEquer Elodie Lien STD/ACV Besoins de climatisation transmis par Pléiades en énergie utile Renseigner les consommations en énergie finale Vecteur énergétique Chauffage gaz issu de la BdD EcoInvent v2.2 contextualisée français Fiche DES : Gaz naturel – Chauffage (CSTB) Equipement Chaudière gaz 10 kW Chaudière gaz pour MI ttes technologies, P variée Rendement 87 % (Par défaut) ECS Lien STD/ACV Besoins d’ECS non chainés avec PLEIADES, paramétrage dans l’outil novaEQUER 449/565
Renseigner les consommations en énergie finale BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Vecteur énergétique ECS solaire + appoint gaz ECS solaire + appoint gaz Equipement Système solaire thermique (sans ballon) Panneau solaire thermique Saisie manuelle : Renseigner « consommation électrique additionnelle » Renseigner les consommations en énergie finale Vecteur énergétique Electricité – Mix fixe (Par défaut) Electricité – Mix électrique (France) Equipement Puissance dissipée et éclairage transmis par Pléiades en énergie finale Renseigner les consommations en énergie finale Lien STD/ACV Ventilation Tâche 2.3 Reproductibilité Usages spécifiques non liés au bâti 5. Résultats de l’ACV  Radars de comparaison des variantes
Radars tous contributeurs confondus Energie primaire
totale
Formation
d'ozone…
Acidification
100%
80%
60%
40%
20%
0%
atmosphérique
Energie
primaire totale
Consommation
d'eau totale
Déchets éliminés
Formation
d'ozone…
Acidification
atmosphérique
100%
80%
60%
40%
20%
0%
Consommation
d'eau totale
Cas 620
Déchets
éliminés
Cas 600
Cas 900
Cas 920
Changement
climatique
Déchets
radioactifs
Changement
climatique
450/565
Déchets
radioactifs
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité  Ecarts relatifs entre les outils ELODIE et novaEQUER
Comparaison des variantes
Valeurs d'impacts (Cas 600) Valeurs d'impacts (Cas 620) Valeurs d'impacts (Cas 900) Valeurs d'impacts (Cas 920) Ecarts* Ecarts* Ecarts* Ecarts* Class. 1ère Energie primaire totale 4 % 4 % 5 % 4 % Consommation d'eau totale 9 % 9 % 7 % 7 % Déchets éliminés ‐56 % ‐56 % ‐50 % ‐50 % Déchets radioactifs 20 % 20 % 19 % 20 % Changement climatique 13 % 12 % 9 % 5 % Acidification atmosphérique ‐8 % ‐8 % ‐12 % ‐13 % Formation d'ozone photochimique 98 % 97 % 62 % 54 % * Ecart à la moyenne entre les deux outils : (ELODIE‐novaEQUER)/moyenne (novaEQUER ; ELODIE) 451/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité  Contributions relatives entre les différents contributeurs


100%

80%


60%

40%

20%

0%

‐20%





Cas 600
Cas 900
100%
80%
Eau
60%
Energie
40%
Part des équipements
20%
Mur extérieur et toit
0%
Sol
‐20%
Fenêtre
Cas 900
Cas 600
100%
100%
80%
80%
Eau
60%
60%
Energie
40%
40%
20%
20%
0%
0%
Part des
équipements
Mur extérieur et
toit
Sol
Fenêtre
‐20%
Les deux outils présentent un profil de ratio entre les contributeurs assez similaire, excepté pour l’indicateur « Formation d’ozone photochimique » et « Déchets éliminés ». Pour ce dernier indicateur la différence provient surtout du fait que sous ELODIE la chaudière gaz (1 unité) produit 1946 kg de déchets tandis que sous novaEQUER une chaudière gaz 10 kW produit seulement 361 kg. Remarques : Les impacts des panneaux solaires thermiques sont inclus dans la catégorie « Mur extérieur et toit » Le transport de matériaux a été négligé lors de la saisie sous novaEQUER (Il est toujours inférieur à 2‐3 %) 452/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité 6. Eléments d’interprétation des résultats Un indicateur environnemental présente des problèmes de reproductibilité. En effet les valeurs fournies pour les quatre variantes ASHRAE pour chaque logiciel sont très proches les unes des autres. Cet indicateur est le suivant :  Déchets radioactifs : Il y a deux sources d’erreur, la première expliquée pour le
périmètre réduit, la deuxième provient des écarts qui existent pour cet indicateur pour les
vecteurs énergétiques entre les deux outils (60 % d’écart entre les deux outils pour le
vecteur gaz naturel et 15 % pour le vecteur électrique)
Si les données Bloc béton et Contreplaqué certifié sont harmonisées sur les données Parpaing de béton et Bois aggloméré, nous obtenons : Comparaison des variantes
Valeurs d'impacts (Cas 600) Valeurs d'impacts (Cas 620) Valeurs d'impacts (Cas 900) Valeurs d'impacts (Cas 920) Ecarts* Ecarts* Ecarts* Ecarts* Class. 1ère Energie primaire totale 3 % 3 % 4 % 3 % Consommation d'eau totale 8 % 8 % 8 % 8 % Déchets éliminés ‐68 % ‐68 % ‐59 % ‐59 % Déchets radioactifs 19 % 19 % 18 % 18 % Changement climatique 9 % 8 % 6 % 3 % Acidification atmosphérique ‐13 % ‐14 % ‐18 % ‐19 % Formation d'ozone photochimique 55 % 54 % ‐39 % ‐47 % * Ecart à la moyenne entre les deux outils : (ELODIE‐novaEQUER)/moyenne (novaEQUER ; ELODIE) 453/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité 7. Recommandations pour assurer une reproductibilité en comparaison de variantes Si une seule et même base de données était utilisée pour les deux outils, tous les problèmes de reproductibilité seraient supprimés. Néanmoins si deux données sont harmonisées (Bloc béton sur Parpaing de béton et Contreplaqué sur Bois aggloméré) il est possible d’avoir 3 indicateurs environnementaux sur 7 qui ne présentent aucun problème de reproductibilité en termes de comparaison de variante et de classement et 3 ne présentant des difficultés à conclure que pour le classement des variantes (la reproductibilité pour la meilleure variante étant assurée). De plus les écarts à la moyenne entre les deux outils sont sensiblement diminués. Annexe 16 : Simulation n°4 - ACV comparatives de solutions énergétiques
(périmètre réduit)
Type d’ACV : ACV simplifiée (Paramètres laissés par défaut dans les deux outils) Versions des logiciels : PLEIADES+COMFIE v3.4.4.0 ‐ novaEQUER v0.59.6.4 ‐ ELODIE v2.1.6.2 Objectif de l’étude Tester la reproductibilité d’ACV comparatives de différentes solutions énergétiques + équipements techniques pour un bâtiment neuf avec les deux outils novaEQUER et ELODIE. L’objectif étant de cerner les problèmes de reproductibilité et de déterminer leur provenance (données, base de données, méthodologie…) pour ensuite formuler des recommandations. 454/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Périmètre d’étude et justification Simulation STD  Données d’entrée pour l’ACV issues de la STD
Cas 900
Besoins
Besoins
Chauffage
Chauffage
kWh
kWh/m²
355
7
Les calculs sont effectués au pas de temps horaire et sont agrégés sur l’année. 455/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Hypothèses pour l’ACV Unité fonctionnelle : Maison de 48 m² habitable sur 50 ans DVP : 50 ans Fichier météo : Mâcon RT2012  Contributeur Energie
Lien STD/ACV NovaEquer Elodie Besoins de climatisation transmis par Pléiades en énergie utile Renseigner les consommations en énergie finale Vecteur énergétique Chauffage gaz issu de la BdD EcoInvent v2.2 contextualisée français Equipement Chaudière gaz 10 kW Rendement 87 % (choix de la valeur par défaut lors de la saisie) Chaudière bois bûche Rendement 87 % (choix de la valeur par défaut lors de la saisie) Chauffage Vecteur énergétique Chauffage bois issu de la BdD EcoInvent v2.2 contextualisée français Equipement Chaudière, rendement 87 % (Par défaut) issue de la BdD EcoInvent v2.2 contextualisée français Vecteur énergétique Production d’électricité pour le chauffage, mix par défaut Equipement Fiche DES : Gaz naturel – Chauffage (CSTB) Chaudière gaz pour MI ttes technologies, P variée Chaudière gaz considérée comme proxy pour la chaudière bois Fiche DES : Bois – Bûche – Chauffage – Puissance 6 kW Chaudière, rendement 87 % (Par défaut) issue de la BdD EcoInvent v2.2 contextualisée français Fiche DES : Electricité – Mix électrique annuel (France) (CSTB) 456/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Résultats de l’ACV  Radars de comparaison des variantes
Radars tous contributeurs confondus Energie
primaire totale
Energie
primaire
totale
100%
Formation
d'ozone…
Acidification
atmosphérique
Consommation
d'eau totale
50%
0%
Changement
climatique
Formation
d'ozone
photochi…
Déchets
éliminés
100%
80%
60%
40%
20%
0%
Consomma
tion d'eau
totale
Acidificatio
n
atmosph…
Changeme
nt
climatique
Déchets
radioactifs
Chauffage
Gaz naturel
Chauffage
Bois
Chauffage
électricité
Déchets
éliminés
Déchets
radioactifs
 Ecarts relatifs entre les outils ELODIE et novaEQUER
Comparaison des variantes Valeurs d'impacts (Chauffage Gaz naturel) Valeurs d'impacts (Chauffage Bois) Valeurs d'impacts (Chauffage Electricité)
Ecarts* Ecarts* Ecarts* Class. 1ère Energie primaire totale ‐2 % 12 % 8 % Consommation d'eau totale ‐63 % ‐82 % 19 % Déchets éliminés ‐17 % ‐42 % ‐51 % Déchets radioactifs 105 % 85 % 93 % Changement climatique ‐11 % ‐25 % ‐93 % Acidification atmosphérique 3 % 2 % ‐74 % Formation d'ozone photochimique 117 % 137 % 99 % * Ecart à la moyenne entre les deux outils : (ELODIE‐novaEQUER)/moyenne (novaEQUER ; ELODIE) 457/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité  Contributions relatives entre les différents contributeurs
Energie Part des équipements Mur extérieur et toit Sol Fenêtre Chauffage Gaz naturel
Chauffage Gaz naturel
100%
100%
80%
80%
60%
60%
40%
40%
20%
20%
0%
0%
‐20%
Chauffage Bois
Chauffage Bois
100%
100%
80%
80%
60%
60%
40%
40%
20%
20%
0%
0%
‐20%
458/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Chauffage électrique
Chauffage électrique
100%
80%
100%
80%
60%
60%
40%
40%
20%
20%
0%
0%
‐20%
Eléments d’interprétation des résultats Deux indicateurs environnementaux présentent des problèmes de reproductibilité. Ces indicateurs sont les suivants :  Energie primaire totale
Inversion entre Gaz et Bois – énergie entre les deux outils (Meilleure variante bois pour novaEQUER et GN pour ELODIE) La source de l’erreur provient des rendements, pris à 87 % lors de la saisie sous novaEQUER (la valeur par défaut n'a pas été modifiée) pour la chaudière bois et la chaudière gaz alors que sous ELODIE la chaudière bois a un rendement de 75 % et la chaudière gaz à condensation 102 %.  Déchets éliminés
Inversion entre Gaz naturel et électricité entre les deux outils (Meilleure variante : électricité sous ELODIE et Gaz naturel sous novaEQUER) Plusieurs facteurs interviennent dans cette différence de classement. 459/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 
Tâche 2.3 Reproductibilité Vecteur électricité (UF = 1 MJ)
ELODIE Déchets éliminés (kg) 0,0129 novaEQUER Déchets produits (kg) 0,0475 Cet écart provient du mix électrique de pointe pour le chauffage sous novaEQUER (la valeur par défaut a été considérée) qui génère plus de déchets que le mix électrique annuel moyen utilisé sous ELODIE. L’écart relatif entre les deux outils est alors de 268 %. 
Vecteur gaz naturel (UF = 1 MJ)
ELODIE Déchets éliminés (kg) 7,43E‐4 novaEQUER Déchets produits (kg) 1,02E‐3 ELODIE Déchets éliminés (kg) 1946 novaEQUER Déchets produits (kg) 361 
Chaudière gaz (1 unité)
Bien que le vecteur gaz naturel impacte plus l’indicateur Déchets produits sous novaEQUER (environ 27 % d’écart entre les deux outils), l’équipement génère 5 fois plus de déchets sous ELODIE. Deux indicateurs environnementaux présentent des difficultés à conclure sur leur reproductibilité. En effet les valeurs fournies pour les quatre variantes ASHRAE pour chaque logiciel sont très proches les unes des autres. Ces trois indicateurs environnementaux sont les suivants : 460/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité  Formation d’ozone photochimique (même explication que la simulation 1)
 Acidification atmosphérique
Un indicateur environnemental présente un problème de reproductibilité au niveau du classement des variantes. Cependant pour cet indicateur, les deux outils affichent la même meilleure variante.  Changement climatique
Inversion entre Gaz naturel et électricité – énergie entre les deux outils (Meilleure variante pour les deux outils le bois) Cela est dû au mix de production d’électricité pour le chauffage pris par défaut dans novaEQUER. (28 % de charbon, 10 % de fioul, 10 % de gaz, 15 % d’hydro‐électrique et 37 % de nucléaire) Les écarts entre les deux logiciels sont néanmoins importants pour quelques indicateurs environnementaux dont :  Consommation d’eau
Les écarts sont dus aux fortes différences au niveau du vecteur Gaz naturel + chaudière gaz, en effet vecteur énergétique + équipement impacte plus sous ELODIE. Ils proviennent également des données Parpaing de béton (novaEQUER)/Bloc béton (ELODIE). 461/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Si on harmonise les vecteurs énergétiques, la chaudière gaz (dont le rendement) et la donnée Bloc béton par rapport à la donnée parpaing de béton sous novaEQUER, nous obtenons : Comparaison des variantes Valeurs d'impacts (Chauffage GN) Valeurs d'impacts (Chauffage Bois) Valeurs d'impacts (Chauffage Electricité)
Ecarts* Ecarts* Ecarts* Class. 1ère Energie primaire totale 4 % 5 % 7 % Consommation d'eau totale ‐51 % ‐53 % 0 % Déchets éliminés ‐47 % ‐47 % ‐46 % Déchets radioactifs 66 % 72 % 32 % Changement climatique 1 % ‐10 % ‐3 % Acidification atmosphérique ‐7 % ‐2 % 8 % Formation d'ozone photochimique 123 % 132 % 136 % * Ecart à la moyenne entre les deux outils : (ELODIE‐novaEQUER)/moyenne (novaEQUER ; ELODIE) Recommandations pour assurer une reproductibilité en comparaison de variantes Si une seule et même base de données était utilisée pour les deux outils, tous les problèmes de reproductibilité seraient supprimés. Néanmoins si les vecteurs énergétiques (Gaz naturel et bois pour le chauffage), le mix électrique utilisé pour le chauffage, les équipements (dont les rendements) ainsi que les données Bloc béton/Parpaing de béton sont harmonisés dans les deux outils il est possible d’avoir 6 indicateurs environnementaux sur 7 qui ne présentent aucun problème de reproductibilité et 1 qui ne présente un problème de reproductibilité qu’en terme de classement. Il serait également utile de créer sous ELODIE un équipement « Chaudière Bois » qui n’est actuellement pas disponible dans cet outil. 462/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Annexe 17 : Simulation n°4 - ACV comparatives de solutions énergétiques
(périmètre complet)
Type d’ACV : ACV simplifiée (Paramètres laissés par défaut dans les deux outils) Versions des logiciels : PLEIADES+COMFIE v3.4.4.0 ‐ novaEQUER v0.59.6.4 ‐ ELODIE v2.1.6.2 Objectif de l’étude Tester la reproductibilité d’ACV comparatives de différentes solutions énergétiques + équipements techniques pour un bâtiment neuf avec les deux outils novaEQUER et ELODIE. L’objectif étant de cerner les problèmes de reproductibilité et de déterminer leur provenance (données, base de données, méthodologie…) pour ensuite formuler des recommandations. Périmètre d’étude et justification 463/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Simulation STD  Données d’entrée pour l’ACV issues de la STD
Cas 900
Besoins
Besoins
Chauffage
Chauffage
kWh
kWh/m²
554
12
Auxiliaires de
ventilation
Usages spécifiques de
ECS
l’électricité
kWh(ef)
kWh(ef)
kWh(ef)
Cas GN
71
1117
1404
Cas Bois
71
1291
1404
Cas Elec
71
985
1404
464/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Les calculs sont effectués au pas de temps horaire et sont agrégés sur l’année Hypothèses pour l’ACV Unité fonctionnelle : Maison de 48 m² habitable sur 50 ans DVP : 50 ans Fichier météo : Mâcon RT2012  Contributeur Energie
Lien STD/ACV NovaEquer Elodie Besoins de chauffage transmis par Pléiades en énergie utile Renseigner les consommations en énergie finale Vecteur énergétique Chauffage gaz issu de la BdD EcoInvent v2.2 contextualisée français Equipement Chaudière gaz 10 kW Rendement 87 % (choix de la valeur par défaut lors de la saisie) Chauffage Chaudière bois bûche Rendement 87 % (choix de la valeur par défaut lors de la saisie) Vecteur énergétique Chauffage bois issu de la BdD EcoInvent v2.2 contextualisée français Equipement Chaudière, rendement 87 % (Par défaut) issue de la BdD EcoInvent v2.2 contextualisée français 465/565
Fiche DES : Gaz naturel – Chauffage (CSTB) Chaudière gaz pour MI ttes technologies, P variée Chaudière gaz considérée comme proxy pour la chaudière bois Fiche DES : Bois – Bûche – Chauffage – Puissance 6 kW Chaudière, rendement 87 % (Par défaut) issue de la BdD EcoInvent v2.2 contextualisée français BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Vecteur énergétique Production d’électricité pour le chauffage, mix par défaut Equipement Lien STD/ACV ECS Besoins d’ECS non chainés avec PLEIADES, paramétrage dans l’outil novaEQUER Renseigner les consommations en énergie finale ECS solaire + appoint gaz Vecteur énergétique ECS solaire + appoint bois ECS solaire + appoint bois Vecteur énergétique ECS thermodynamique + appoint électrique ECS thermodynamique + appoint électrique Lien STD/ACV Système solaire thermique (sans ballon) Panneau solaire thermique Saisie manuelle : Renseigner « consommation électrique additionnelle » Renseigner les consommations en énergie finale Vecteur énergétique Electricité – Mix fixe (Par défaut) Equipement Usages spécifiques non liés au bâti Electricité – Mix électrique (France) Puissance dissipée et éclairage transmis par Pléiades en énergie finale Renseigner les consommations en énergie finale Fiche DES : Electricité – Mix électrique annuel (France) (CSTB) Vecteur énergétique ECS solaire + appoint gaz Equipement Ventilation Tâche 2.3 Reproductibilité 466/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Résultats de l’ACV  Radars de comparaison des variantes
Radars tous contributeurs confondus Energie
primaire totale
Formation
d'ozone
photochimique
Acidification
atmosphérique
100%
80%
60%
40%
20%
0%
Consommation
d'eau totale
Déchets
éliminés



Changement
climatique
Déchets
radioactifs
Energie
primaire
totale
Formation
d'ozone
photochi…
Acidificatio
n
atmosph…
100%
80%
60%
40%
20%
0%
Changeme
nt
climatique
467/565
Consomm
ation
d'eau…
Déchets
éliminés
Déchets
radioactifs
Chauffage
Gaz naturel
Chauffage
Bois
Chauffage
électricité
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité  Ecarts relatifs entre les outils ELODIE et novaEQUER
Comparaison des variantes Class. 1ère Valeurs d'impacts (Cas GN) Valeurs d'impacts (Cas Bois) Valeurs d'impacts (Cas Elec) Ecarts* Ecarts* Ecarts* Energie primaire totale 5 % 16 % 4 % Consommation d'eau totale 7 % 6 % 11 % Déchets éliminés ‐50 % ‐70 % ‐72 % Déchets radioactifs 19 % 17 % 35 % Changement climatique 9 % ‐38 % ‐62 % Acidification atmosphérique ‐12 % 11 % ‐48 % Formation d'ozone photochimique 62 % 105 % 52 % * Ecart à la moyenne entre les deux outils : (ELODIE‐novaEQUER)/moyenne (novaEQUER ; ELODIE) Les deux outils présentent un profil de ratio entre les contributeurs assez similaire même si l’impact du contributeur consommation d’eau est plus important sous novaEQUER. Les écarts entre les deux outils sont nettement diminués lorsque que la simulation est effectuée en périmètre complet (par rapport à une simulation effectuée en périmètre réduit).  Contributions relatives entre les différents contributeurs
Eau Energie Part des équipements Mur extérieur et toit Sol Fenêtre 468/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Chauffage GN
100%
80%
60%
40%
100%
20%
80%
0%
60%
‐20%
40%
20%
0%
‐20%
Chauffage Bois
Chauffage Gaz naturel
100%
80%
60%
40%
100%
20%
80%
0%
60%
40%
20%
0%
Chauffage Bois
100%
Chauffage électrique
80%
60%
40%
20%
0%
Chauffage électrique
100%
80%
60%
40%
20%
0%
‐20%
Eléments d’interprétation des résultats Un indicateur environnemental présente des problèmes de reproductibilité. Cet indicateur est le suivant :  Déchets éliminés
Inversion dans le classement entre les deux outils (Meilleure variante : Bois sous ELODIE et Gaz naturel sous novaEQUER) UF 1 MJ 469/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 
Tâche 2.3 Reproductibilité Vecteur gaz naturel + Chaudière gaz
ELODIE Déchets éliminés (kg) 1946 novaEQUER Déchets éliminés (kg) 361 
Vecteur bois + Chaudière bois bûche 6 kW
ELODIE Déchets éliminés (kg) 411 novaEQUER Déchets éliminés (kg) 411 Trois indicateurs environnementaux présentent des difficultés à conclure sur leur reproductibilité. En effet les valeurs fournies pour les quatre variantes ASHRAE pour chaque logiciel sont très proches les unes des autres. Ces trois indicateurs environnementaux sont les suivants :  Formation d’ozone photochimique : (même explication que la simulation 1)
 Energie Primaire totale
Inversion entre Gaz et Bois – énergie entre les deux outils (Meilleure variante bois pour novaEQUER et Gaz naturel pour ELODIE) UF 1 MJ 
Vecteur gaz naturel
ELODIE Consommation totale d’Energie primaire (MJ) 1,08 novaEQUER Demande cumulative d'énergie (MJ) 1,22 470/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité 
Vecteur bois
ELODIE Consommation totale d’Energie primaire (MJ) 1,46 novaEQUER Demande cumulative d'énergie (MJ) 1,50 UF 1 Unité 
Chaudière gaz
ELODIE Consommation totale d’Energie primaire (MJ) 8542 novaEQUER Demande cumulative d'énergie (MJ) 6843 
Chaudière bois
ELODIE Consommation totale d’Energie primaire (MJ) 5397 novaEQUER Demande cumulative d'énergie (MJ) 5397 L’inversion est due à la différence entre les deux outils sur les données ACV des vecteurs énergétiques, des équipements techniques mais également du rendement pris par défaut sous novaEQUER, rendement différent d’ELODIE.  Consommation d’eau totale
Inversion entre Gaz et Bois – énergie entre les deux outils (Meilleure variante Gaz Naturel pour novaEQUER et Bois pour ELODIE) UF 1 MJ 
Vecteur gaz naturel
ELODIE Eau utilisée (L) 471/565
0,0183 BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 novaEQUER
Eau utilisée (L) Tâche 2.3 Reproductibilité 0,0262 
Vecteur bois
ELODIE Eau utilisée (L) 0,0091 novaEQUER Eau utilisée (L) 0,0222 UF 1 Unité 
Chaudière gaz
ELODIE Eau utilisée (L) 5486 novaEQUER
Eau utilisée (L) 3832 
Chaudière bois
ELODIE Eau utilisée (L) 2836 novaEQUER Eau utilisée (L) 2836 Deux indicateurs environnementaux présentent des problèmes de reproductibilité au niveau du classement des variantes. Cependant pour ces indicateurs, les deux outils affichent la même meilleure variante.  Changement climatique
Inversion entre Gaz naturel et électricité entre les deux outils (Bois meilleure variante dans les deux outils) Lié au mix électrique pris par défaut sous novaEQUER pour le chauffage : 28 % de charbon, 10 % de fioul, 10 % de gaz, 15 % d’hydro‐électrique et 37 % de nucléaire  Acidification atmosphérique
Si les vecteurs énergétiques et la chaudière gaz (dont le rendement) sont harmonisés, nous obtenons : 472/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Comparaison des variantes Tâche 2.3 Reproductibilité Valeurs d'impacts (Chauffage GN) Valeurs d'impacts (Chauffage Bois) Valeurs d'impacts (Chauffage Electricité)
Ecarts* Ecarts* Ecarts* Class. 1ère Energie primaire totale 9 % 15 % 4 % Consommation d'eau totale 7 % 6 % 10 % Déchets éliminés ‐71 % ‐66 % ‐64 % Déchets radioactifs 18 % 18 % 25 % Changement climatique 21 % ‐22 % ‐16 % Acidification atmosphérique ‐10 % 15 % 2 % Formation d'ozone photochimique 83 % 87 % 86 % * Ecart à la moyenne entre les deux outils : (ELODIE‐novaEQUER)/moyenne (novaEQUER ; ELODIE) Recommandations pour assurer une reproductibilité en comparaison de variantes Si une seule et même base de données était utilisée pour les deux outils, tous les problèmes de reproductibilité seraient supprimés. Néanmoins si les vecteurs énergétiques sont harmonisés (Gaz naturel et bois pour le chauffage) ainsi que le mix électrique utilisé pour le chauffage ainsi que l’équipement « Chaudière gaz » (dont le rendement), dans les deux outils, il est possible d’avoir 7 indicateurs environnementaux sur 7 qui ne présentent aucun problème de reproductibilité. 473/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Annexe 18 : Simulation n°5 : ACV comparatives de bâtiments neufs avec ou
sans PV
Type d’ACV : ACV simplifiée (Paramètres laissés par défaut dans les deux outils) Versions des logiciels : PLEIADES+COMFIE v3.4.4.0 ‐ novaEQUER v0.59.6.4 ‐ ELODIE v2.1.6.4 Objectif de l’étude Tester la reproductibilité des résultats d’ACV comparatives de bâtiments neufs avec et sans panneaux photovoltaïques avec les deux outils novaEQUER et ELODIE. Dans cette optique, trois cas sont considérés : 


Cas A : un bilan annuel énergie et ACV approche ELODIE actuelle Cas B : bilan horaire/horaire + allocation par usage approche novaEQUER avec le mix dynamique Cas C : calcul énergie horaire / impact ACV du mix électrique annuel (approche alternative) L’objectif étant de cerner les problèmes de reproductibilité et de déterminer leur provenance (données, base de données, méthodologie…) pour ensuite formuler des recommandations. Périmètre d’étude et justification 474/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Simulation STD  Données d’entrée pour l’ACV issues de la STD
Les variantes étudiées ici sont tout électrique. Cas 900
Besoins
Besoins
Chauffage
Chauffage
kWh
kWh/m²
554
12
475/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Auxiliaires de
ventilation
ECS
Electricité
Production
spécifique
PV
kWh(ef)
kWh(ef)
kWh(ef)
kWh(ef)
Avec PV
71
985
1404
3952
Sans PV
71
985
1404
Calcul annuel Calcul Horaire BEPOS Electricité consommée sur le site (kWh) 3525 Electricité importée du réseau (kWh) 0 Electricité exportée sur le réseau (kWh) 427 Autoconsommation 89 % Electricité consommée sur le site (kWh) 1061 Electricité importée du réseau (kWh) 2463 Electricité exportée sur le réseau (kWh) 2891 Autoconsommation 27 % Hypothèses pour l’ACV Unité fonctionnelle : Maison de 48 m² habitable sur 50 ans DVP : 50 ans Fichier météo : Macon RT 2012 476/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité  Contributeur Energie
Lien STD/ACV Chauffage Elodie Besoins de chauffage transmis par Pléiades en énergie utile Renseigner les consommations en énergie finale Vecteur énergétique Production d’électricité pour le chauffage, mix dynamique (mix horaire de production d’électricité) Sans PV : Fiche DES : Electricité – Mix électrique annuel (France) (CSTB) Avec PV : Production Locale d’énergie Installation résidentielle 3 kWc de panneaux photovoltaïques silicium multi‐cristallin montée en toiture inclinée Installation résidentielle 3 kWc de panneaux photovoltaïques silicium multi‐cristallin montée en toiture inclinée Besoins d’ECS non chainés avec PLEIADES, paramétrage dans l’outil novaEQUER Renseigner les consommations en énergie finale Vecteur énergétique ECS solaire, il faudrait préciser quel appoint a été choisi lors de la saisie (électrique ? dans ce cas il serait utile d'indiquer le mix) ECS solaire + appoint électricité Equipement Lien STD/ACV ECS NovaEquer Sans PV : Fiche DES : Electricité – Mix électrique annuel (France) (CSTB) Avec PV : Production Locale d’énergie Equipement Système solaire thermique Panneau solaire thermique Consommation de la ventilation transmis par Pléiades en énergie finale Renseigner les consommations en énergie finale Vecteur énergétique Production d’électricité pour le chauffage, mix dynamique (mix horaire de production d’électricité) Sans PV : Fiche DES : Electricité – Mix électrique annuel (France) (CSTB) Lien STD/ACV Ventilation 477/565
Avec PV : Production Locale BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité d’énergie Equipement Usages spécifiques non liés au bâti Puissance dissipée et éclairage transmis par Pléiades en énergie finale Renseigner les consommations en énergie finale Résultats de l’ACV  Radars de comparaison des variantes
Radars tous contributeurs confondus Energie primaire
totale
Formation
d'ozone
photochimique
Acidification
atmosphérique
100%
80%
60%
40%
20%
0%
Changement
climatique
Energie primaire
totale
100%
Formation
d'ozone
photochimique
Consommation
d'eau totale
Acidification
atmosphérique
Déchets éliminés
Déchets
radioactifs
50%
Consommation
d'eau totale
0%
‐50%
Changement
climatique
Déchets éliminés
Déchets
radioactifs
Figure 63: Cas A (Bilan annuel énergie et ACV) - MéthodeFigure 2: Cas B (Bilan horaire/horaire + allocation par
Allocation Co-produits
usage) - Méthode Impacts évités
478/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Energie primaire
totale
Formation d'ozone
photochimique
Tâche 2.3 Reproductibilité 100%
80%
60%
40%
20%
0%
Consommation
d'eau totale
Avec PV
Acidification
atmosphérique
Sans PV
Déchets éliminés
Changement
climatique
Déchets radioactifs
Figure 3: Cas C (Calcul énergie horaire/impact ACV du mix électrique annuel) – Méthode Allocation Coproduits
 Ecarts relatifs entre les outils ELODIE et novaEQUER
Valeurs d'impacts (Avec PV) Valeurs d'impacts (Sans PV) Class. 1ère Ecarts* Ecarts* Energie primaire totale 171 % 0 % Consommation d'eau totale ‐1 % 0 % Déchets éliminés ‐80 % ‐109 % Déchets radioactifs ‐400 % 49 % Changement climatique ‐72 % ‐87 % Acidification atmosphérique ‐75 % ‐70 % Formation d'ozone photochimique 2 % 7 % Comparaison des variantes * Ecart à la moyenne entre les deux outils: (ELODIE‐novaEQUER)/moyenne(ELODIE ; novaEQUER) 479/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Eléments d’interprétation des résultats Les écarts importants observés entre les deux outils sont dus à la méthode de calcul utilisée pour prendre en compte les impacts environnementaux liés aux panneaux photovoltaïques. novaEQUER ELODIE Méthode Impacts évités Méthode Allocation des Co‐produits Recommandations pour assurer une reproductibilité en comparaison de variantes 6 indicateurs sur 7 ne posent aucun problème de reproductibilité même si les écarts entre les deux outils novaEQUER et ELODIE sont assez importants. L’harmonisation des méthodes utilisées (intégrées aux outils) permettrait de réduire considérablement les écarts observés. 480/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité ANNEXES DE LA PARTIE 6
Annexe 19 : Détails des alternatives étudiées
Alternative SHON SHA Structure béton 6486 m² 2606 m² Structure acier 6452 m² 2606 m² Ossature bois 6342 m² 2606 m² Alternative 1 : Structure béton (référence) Figure 64 : Plan d’étage courant du bâtiment de référence en béton 481/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Figure 65 : Coupe AA du bâtiment de référence ‐ Le gabarit du bâtiment Béton s’élève à 17,93 mètres pour la cage A et 12,33 mètres pour la cage B (niveau acrotères) 482/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Alternative 2 : Structure acier Figure 66 : Plan d’étage courant du bâtiment acier Figure 67 : Coupe AA du bâtiment acier ‐ Le gabarit du bâtiment Acier s’élève à 19,80 mètres pour la cage A et 13,73 mètres pour la cage B (niveau acrotères) 483/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Alternative 3 : Ossature bois Figure 68 : Plan d’étage courant du bâtiment bois ‐ Les trames indiquent les sens de porté. La trame 1 porte perpendiculairement à la façade et la trame 2 parallèlement. Des solives sont disposées entre les trames pour supporter les planchers Figure 69 : Coupe AA du bâtiment bois ‐ Le gabarit du bâtiment bois s’élève à 18,90 mètres pour la cage A et 13,60 mètres pour la cage B (niveau acrotères) 484/565
485/565
FDES (12/2011)
ecoinvent 2.0
ecoinvent 2.0
ecoinvent 2.0
ecoinvent 2.0
ecoinvent 2.0
ecoinvent 2.0
ecoinvent 2.0
ecoinvent 2.0
ecoinvent 2.0
ecoinvent 2.0
ecoinvent 2.0
ecoinvent 2.0
ecoinvent 2.0
ecoinvent 2.0
ecoinvent 2.0
Bardage Bois FCBA (forêt renouvelée et en croissance / mise en décharge)
FDES (03/2009)
FDES (09/2011)
ecoinvent 2.0
FDES (?)
FDES (?)
ecoinvent 2.0
ecoinvent 2.0
ecoinvent 2.0
ecoinvent 2.0
ecoinvent 2.0
ecoinvent 2.0
FDES (2011)
FDES (2011)
FDES (2011)
FDES (2011)
Bois de structure intérieure type montant de maison ossature bois traité pour un usage en classe 2 dans une station de traitement certifiée CTB B+ utilisant des produits certifiés CTB P+
Panneau de lamelles de bois minces orientées OSB (Oriented Strand Board) de type 3 (panneau travaillant utilisé en milieu humide) épaisseurs 9, 10, 12, 15, 16 et 18 mm
Bardage brut en résineux traité pour un usage en classe 3 dans une station de traitement certifiée CTB B+ utilisant des produits certifiés CTB P+
concrete, normal, at plant
Base de données source Nom de la donnée dans sa base de données
Bois de structure ECOINVENT avec C Biogen (mise en décharge)
OSB ECOINVENT avec C Biogen (mise en décharge)
Bardage Bois ECOINVENT avec C Biogen (mise en décharge)
Bois de structure ECOINVENT sans C Biogen (mise en décharge)
OSB ECOINVENT sans C Biogen (mise en décharge)
Bardage Bois ECOINVENT sans C Biogen (mise en décharge)
Bois de structure ECOINVENT avec C Biogen (incinération avec valorisation énergétique)
OSB ECOINVENT avec C Biogen (incinération avec valorisation énergétique)
Bardage Bois ECOINVENT avec C Biogen (incinération avec valorisation énergétique)
Bois de structure ECOINVENT avec C Biogen (incinération sans valorisation énergétique)
OSB ECOINVENT avec C Biogen (incinération sans valorisation énergétique)
Bardage Bois ECOINVENT avec C Biogen (incinération sans valorisation énergétique)
Bois de structure ECOINVENT avec C Biogen (valorisation matière)
OSB ECOINVENT avec C Biogen (valorisation matière)
Bardage Bois ECOINVENT avec C Biogen (valorisation matière)
OSB FCBA (forêt renouvelée et en croissance / mise en décharge)
Bois de structure FCBA (forêt renouvelée et en croissance / mise en décharge)
Nom de la donnée dans l'étude de cas simple
Données Béton
Béton ECOINVENT CEM I dosé à 300kg/m3 (béton courant)
Béton BETie CEM I dosé à 300kg/m3
Béton BETie CEM II dosé à 280kg/m3
Béton BETie CEM III dosé à 260kg/m3
Béton BETie CEM V dosé à 280kg/m3
Données Acier Acier de ferraillage ECOINVENT Europe (méthode des stocks "vision FDES")
Acier de ferraillage WORLDSTEEL Monde (méthode des stocks)
Acier de ferraillage DIOGEN France (méthode des stocks)
Acier de ferraillage ECOINVENT Europe (impacts évités 50%fab ‐ 50%fdv "vision EQUER")
Acier de ferraillage ECOINVENT Europe (impacts évités 100%fab "vision WORLDSTEEL")
Poutrelles ECOINVENT (méthode des stocks "vision FDES")
Poutrelles ECOINVENT (impacts évités 50%fab ‐ 50%fdv "vision EQUER")
Poutrelles ECOINVENT (impacts évités 100%fab "vision WORLDSTEEL")
Données Bois
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Annexe 20 : Nom des données ACV utilisées
β
α
β
β
α
α
β
β
γ
γ
γ
α
α
α
α
α
α
β
β
β
β
β
β
γ
γ
γ
γ
γ
γ
α
α
α
α
α
α
α
α
E
β
β
β
β
β
β
β
β
α
α
α
α
α
α
α
α
F
β
β
β
β
β
β
β
β
α
α
α
α
α
α
α
α
β
β
β
β
β
β
β
β
G
γ
γ
γ
γ
γ
γ
γ
γ
δ
δ
δ
δ
δ
486/565
α
β
α
β
α
β
γ
δ
α
α
γ
γ
γ
γ
Autres données
Matériaux communs de la structure béton
Matériaux communs de la structure acier
Matériaux communs de la structure bois
β
β
β
β
β
D
β
δ
δ
δ
α
α
α
α
α
α
Données Bois
Bois de structure FCBA (forêt renouvelée et en croissance / mise en décharge)
OSB FCBA (forêt renouvelée et en croissance / mise en décharge)
Bardage Bois FCBA (forêt renouvelée et en croissance / mise en décharge)
Bois de structure ECOINVENT avec C Biogen (mise en décharge)
OSB ECOINVENT avec C Biogen (mise en décharge)
Bardage Bois ECOINVENT avec C Biogen (mise en décharge)
Bois de structure ECOINVENT sans C Biogen (mise en décharge)
OSB ECOINVENT sans C Biogen (mise en décharge)
Bardage Bois ECOINVENT sans C Biogen (mise en décharge)
Bois de structure ECOINVENT avec C Biogen (incinération avec valorisation énergétique)
OSB ECOINVENT avec C Biogen (incinération avec valorisation énergétique)
Bardage Bois ECOINVENT avec C Biogen (incinération avec valorisation énergétique)
Bois de structure ECOINVENT avec C Biogen (incinération sans valorisation énergétique)
OSB ECOINVENT avec C Biogen (incinération sans valorisation énergétique)
Bardage Bois ECOINVENT avec C Biogen (incinération sans valorisation énergétique)
Bois de structure ECOINVENT avec C Biogen (valorisation matière)
OSB ECOINVENT avec C Biogen (valorisation matière)
Bardage Bois ECOINVENT avec C Biogen (valorisation matière)
Données Acier Acier de ferraillage ECOINVENT Europe (méthode des stocks "vision FDES")
Acier de ferraillage WORLDSTEEL Monde (méthode des stocks)
Acier de ferraillage DIOGEN France (méthode des stocks)
Acier de ferraillage ECOINVENT Europe (impacts évités 50%fab ‐ 50%fdv "vision EQUER")
Acier de ferraillage ECOINVENT Europe (impacts évités 100%fab "vision WORLDSTEEL")
Poutrelles ECOINVENT (méthode des stocks "vision FDES")
Poutrelles ECOINVENT (impacts évités 50%fab ‐ 50%fdv "vision EQUER")
Poutrelles ECOINVENT (impacts évités 100%fab "vision WORLDSTEEL")
β
β
β
γ
α
C
β
α
β
B
α
A
Test >
Variante > α β
α
β
Données Béton
Béton ECOINVENT CEM I dosé à 300kg/m3 (béton courant)
Béton BETie CEM I dosé à 300kg/m3
Béton BETie CEM II dosé à 280kg/m3 (béton le plus couramment utilisé en France)
Béton BETie CEM III dosé à 260kg/m3
Béton BETie CEM V dosé à 280kg/m3
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Annexe 21 : Tableau récapitulatif des tests effectués
Remarque : α, β, γ, δ sont chacune des variantes d’un même bâtiment sur un test donné (sur une question donnée), c’est‐à‐dire chacune des modélisations ACV avec des données environnementales différentes. Les données environnementales utilisées sont ensuite détaillées dans le tableau (si une des lettres grecques se trouve à l’intersection d’une variante et d’une colonne c’est qu’elle a été utilisée dans cette variante). BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Annexe 22 : Répartition des usines de fabrication du ciment
Source : CIMBéton 487/565
0,87
0,25
1,81
1,62
0,23
14,0
14,0
14,0
13,9
13,8
2,35
8,9
2,76
3,07
2,75
2,35
2,62
2,35
3,02
8,3
10,1
9,6
8,9
10,0
8,9
9,3
488/565
15,5
15,6
15,5
15,5
16,3
16,2
36,3
19,1
16,9
16,2
20,1
16,2
40,2
Acid. atm.
7,9E‐03
8,1E‐03
8,0E‐03
8,0E‐03
9,3E‐03
7,4E‐03
8,8E‐03
1,2E‐02
1,2E‐02
7,4E‐03
8,4E‐03
7,4E‐03
9,8E‐03
kg éq. SO2/m²/an
3,54
3,55
4,49
4,49
4,28
5,17
5,48
5,20
5,18
5,17
5,26
5,17
5,57
kg/m²/a n
Déchets élim.
L/m²/an
Conso. eau
6,3E‐04
6,3E‐04
6,3E‐04
6,3E‐04
6,7E‐04
6,5E‐04
6,0E‐04
6,7E‐04
6,6E‐04
6,5E‐04
6,3E‐04
6,5E‐04
5,8E‐04
kg/m²/an
Déchets Rad.
Chang. clim.
kg éq. CO2/m²/a n
kWh/m²/an
1,3E‐03
1,3E‐03
1,3E‐03
1,3E‐03
2,8E‐03
1,6E‐03
1,2E‐03
1,8E‐03
1,7E‐03
1,6E‐03
1,8E‐03
1,6E‐03
1,4E‐03
k éq. éth./m²/a n
Form. O3 photo.
E. prim. tot.
Tests de reproductibilité des résultats avec les hypothèses suivantes:
1 béton ecoinvent CEM I 300kg/m3 (courant)
1 béton BETie CEM I 300kg/m3
1 béton BETie CEM II 280kg/m3 (courant)
3 bétons BETie chantier
Variante en EI europe méthode des stocks
béton armé
FDES DIOGEN France méthode des stocks
BDD générique (1 béton EI et 1 acier EI europe)
BDD fabricants livrant en France (3 bétons BETie et 1 acier France)
FDES bois (avec carbone biogénique ‐ mise en décharge)
Variante en EI avec carbone biogénique ‐ mise en décharge
ossature EI sans carbone biogénique ‐ mise en décharge
bois
EI avec carbon biogen ‐ incinération sans valorisation énergétique
EI avec carbon biogen ‐ recyclage valo matière
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Annexe 23 : Résultats du test de reproductibilité sur les variantes en béton
armé et en ossature bois
Résultats en valeurs absolues 489/565
99,4%
EI avec carbon biogen ‐ recyclage valo matière
15,6%
100,0%
14,0%
100,0%
100,0%
28,9%
13,9%
100,0%
100,0%
100,0%
77,7%
100,0%
100,0%
100,0%
95,8%
98,9%
89,2%
100,0%
100,0%
85,4%
100,0%
89,8%
99,7%
[G]
[F]
Variante en ossature bois
[E]
[H]
Variante en [C]
béton armé
[B]
[A]
82,2%
100,0%
100,0%
93,3%
100,0%
89,7%
1 béton ecoinvent CEM I 300kg/m3 (courant)
1 béton BETie CEM I 300kg/m3
1 béton BETie CEM II 280kg/m3 (courant)
3 bétons BETie chantier
EI europe méthode des stocks
FDES DIOGEN France méthode des stocks
BDD générique (1 béton EI et 1 acier EI europe)
BDD fabricants livrant en France (3 bétons BETie et 1 acier France)
FDES bois (avec carbone biogénique ‐ mise en EI avec carbone biogénique ‐ mise en décharge
EI avec carbone biogénique ‐ mise en EI sans carbone biogénique ‐ mise en décharge
EI avec carbone biogénique ‐ mise en décharge
EI avec carbon biogen ‐ incinération sans valo énergie
99,3%
100,0%
99,3%
100,0%
94,8%
100,0%
40,4%
100,0%
100,0%
100,0%
52,6%
100,0%
96,1%
100,0%
80,8%
Acid. atm.
96,6%
100,0%
97,7%
100,0%
85,3%
100,0%
76,1%
100,0%
100,0%
72,4%
100,0%
100,0%
64,5%
100,0%
88,0%
kg éq. SO2/m²/a n
78,9%
79,2%
100,0%
100,0%
100,0%
100,0%
92,8%
95,5%
100,0%
100,0%
94,9%
100,0%
99,8%
100,0%
98,3%
kg/m²/an
Déchets élim.
L/m²/a n
Conso. eau
99,9%
100,0%
100,0%
100,0%
94,1%
100,0%
100,0%
100,0%
89,1%
89,2%
100,0%
100,0%
98,6%
97,0%
100,0%
kg/m²/an
Déchets Rad.
Chang. clim.
kg éq. CO2/m²/a n
kWh/m²/an
99,8%
100,0%
100,0%
100,0%
46,2%
100,0%
100,0%
100,0%
85,0%
66,9%
100,0%
100,0%
95,7%
100,0%
89,3%
k éq. éth./m²/a n
Form. O3 photo.
E. prim. tot.
Alternative du bâtiment
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.3 Reproductibilité Valeurs des écarts en pourcentages reportés dans les graphes radars BENEFIS
ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2 : DEVELOPPEMENTS METHODOLOGIQUES SOUS TACHE 2.4 : L’ANALYSE DES RESULTATS Galdric Sibiude
Sylviane Nibel
Alexandra Lebert
Sébastien Lasvaux
Nicoleta Schiopu
REDACTEURS DE CE DOCUMENT Thierry Guiot
Endrit Hoxha
Bruno Peuportier
Romain Bonnet
Thibault Hallouin
Jean-Louis Senegas
REFERENCE DEE/EICV/13-0974
DATE DE 14/11/2014
REDACTION
VERSION 3.1
BENEFIS ‐ ANR 2011 VILD 001 01 491/565
SOMMAIRE
SOMMAIRE ................................................................................................................................................... 492 1 INTRODUCTION ................................................................................................................................... 494 1.1 GENERALITES ET OBJECTIFS ............................................................................................................. 494 1.2 PRESENTATION DES TRAVAUX A REALISER ......................................................................................... 494 1.2.1 Complexité du profil multicritère et aide à la hiérarchisation des indicateurs environnementaux
495 1.2.2 Définition et prise en compte des contraintes autour du projet (climatiques, sismiques,
géologiques, urbanistiques…) dans l’analyse de performance ............................................................. 495 1.2.3 Gestion des incertitudes ........................................................................................................ 497 1.2.4 Analyse des besoins spécifiques aux utilisateurs pour des outils efficaces en aide à la
conception ............................................................................................................................................. 497 1.2.5 Définition d’un format « standard » de communication des résultats, compréhensible et
exploitable par tous................................................................................................................................ 498 2 ASPECTS METHODOLOGIQUES POUR L’INTERPRETATION DES RESULTATS – ETAT DE L’ART
ET DEVELOPPEMENT ................................................................................................................................. 500 2.1 METHODES POUR L’INTERPRETATION DES RESULTATS D’UNE ACV ..................................................... 500 2.1.1 Hiérarchisation ou organisation du profil multicritère d’indicateurs ....................................... 501 2.1.1.1 2.1.1.2 Normalisation des indicateurs selon des valeurs moyennes par habitant ........................................................501 Méthodes statistiques pour gérer la complexité du profil d’indicateurs en ACV ..............................................504 2.1.2 2.1.3 Agrégation et pondération du profil multicritère ..................................................................... 507 Interprétation des valeurs absolues des indicateurs ............................................................. 507 2.1.4 Aide à l’analyse de la robustesse des résultats de l’ACV ..................................................... 512 2.1.3.1 2.1.3.2 2.1.4.1 2.1.4.2 Création de valeurs de référence ......................................................................................................................507 Contextualisation de résultats de l’évaluation ..................................................................................................510 Analyse d’incertitudes .......................................................................................................................................512 Analyse de sensibilité et de scénarii ..................................................................................................................515 2.1.5 Bilan : vers une intégration de ces méthodes dans les outils ?............................................. 515 2.2 DEMARCHES POUR LA COMMUNICATION DES RESULTATS D’UNE ACV .................................................. 516 2.2.1 Edition d’un rapport ACV ....................................................................................................... 516 2.2.2 Démarche pour la vérification d’une étude ACV.................................................................... 517 2.2.3 Prise en compte du contexte normatif et réglementaire ........................................................ 518 2.2.4 Affichage personnalisé des résultats pour un public non-expert ........................................... 519 2.2.4.1 2.2.4.2 Affichage d’un indicateur de score unique ........................................................................................................519 Affichage des indicateurs par classe ..................................................................................................................523 2.3 LES AFFICHAGES PROPOSES DANS ELODIE ET EQUER.................................................................... 525 2.3.1 ELODIE .................................................................................................................................. 525 2.3.2 EQUER .................................................................................................................................. 526 2.4 EXEMPLES DE LABELS ENVIRONNEMENTAUX EXISTANTS ET AFFICHAGES ASSOCIES .............................. 528 2.4.1 BREEAM ................................................................................................................................ 529 2.4.2 LEED...................................................................................................................................... 530 2.4.3 DGNB..................................................................................................................................... 531 2.4.4 HQE ....................................................................................................................................... 532 3 LES POINTS CLES POUR UNE SORTIE DE RESULTATS CORRESPONDANT AUX BESOINS DES
ACTEURS ...................................................................................................................................................... 533 3.1 UNE DEFINITION PLUS PRECISE VIA UNE ENQUETE SUR LES BESOINS ................................................... 533 3.1.1 Objectif et méthodologie de structuration du questionnaire .................................................. 533 3.1.2 Personnes visées .................................................................................................................. 534 3.2 ANALYSE DES RESULTATS DE L’ENQUETE .......................................................................................... 534 3.2.1 Profils des participants........................................................................................................... 534 3.2.2 Quels indicateurs (et leur représentation) et à quelles échelles ?......................................... 538 3.2.3 Systèmes d’agrégation et de pondération ............................................................................. 543 3.2.4 Informations complémentaires............................................................................................... 544 3.2.5 Confrontation avec des solutions d’affichage ........................................................................ 544 4 SUGGESTIONS ET EXEMPLES DE REALISATION ........................................................................... 548 4.1 4.2 5 SUGGESTIONS POUR L’EXPLOITATION DETAILLEE DES RESULTATS ....................................................... 548 SUGGESTIONS POUR UN FORMAT SYNTHETIQUE DE COMMUNICATION .................................................. 549 CONCLUSIONS .................................................................................................................................... 552 492/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.4 Analyse des résultats REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES ......................................................................................................... 553 ANNEXE 1 - ENQUETE SUR LES BESOINS DES ACTEURS DE LA CONSTRUCTION SUR L’AFFICHAGE
ET LA MISE EN FORME DES RESULTATS DES ANALYSES DE CYCLE DE VIE (ACV) BATIMENT POUR
FACILITER LEUR EXPLOITATION ET INTERPRETATION ........................................................................ 556 493/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.4 Analyse des résultats 1
INTRODUCTION
1.1 Généralités et objectifs
L’Analyse de Cycle de Vie, bien que méthodologie affirmée et reconnue comme la plus efficace pour l’évaluation des performances environnementales, souffre encore de sa complexité d’utilisation mais aussi de la difficulté à analyser les résultats. C’est ce dernier point que nous proposons d’aborder dans cette tâche de développement méthodologique. L’objectif est de s’assurer que les résultats d’une ACV bâtiment soient lisibles, transparents, interprétables et facilement valorisables en aide à la conception autant qu’en évaluation des performances. Parmi les différentes questions traitées dans le cadre du projet BENEFIS, la tâche 2.4 Analyse de résultats se positionne sur l’ensemble des situations concrètes suivantes :  L’aide à la conception  L’évaluation des projets finis  Le diagnostic des bâtiments existants  La certification et la garantie de performances En ce sens, elle constitue donc une tâche structurante du projet et un levier important de valorisation et de communication de l’ensemble des travaux en représentant la partie émergée des travaux. Les propositions méthodologiques de cette tâche seront directement visibles par les utilisateurs des outils et devront permettre d’élargir le champ des expérimentateurs potentiels de la tâche 4.2 Retour d’expérience en proposant des résultats clairs pour un plus grand nombre. Bien que l’intérêt de la mise en place des suggestions dans les outils soit évident, nous noterons toutefois que nous pourrons nous affranchir des contraintes de lourds développements informatiques en réalisant des « maquettes » en cas de besoin. L’objectif de cette tâche méthodologique sera avant tout de fournir des propositions de modèles et méthodes de présentation des résultats et de mettre en avant leur intérêt. Cette approche n’aura pas pu être poussée jusqu’à l’application des travaux à des cas d’étude du fait de l’obstacle que constitue la définition de certains facteurs nécessaires à la mise en forme des résultats. Cet obstacle ne peut être traité intégralement dans un tel projet de recherche. En effet, l’affichage des résultats de l’ACV du bâtiment repose sur les besoins de communication de l’ensemble de la profession mais également des usagers des bâtiments. Il n’est donc pas uniquement contraint par les avancées scientifiques en la matière. 1.2 Présentation des travaux à réaliser
Dans cette section seront présentées les pistes de travail évoquées avec les différents partenaires pour chaque point envisagé dans le document descriptif du projet. Cela doit permettre d’une part de valider et recadrer les différents aspects et d’autre part de fournir plus de détails afin de présenter un cadre de travail plus précis. Les différents points à aborder sont décrits sous forme d’une liste de propositions, chacune étant détaillée et argumentée en fonction des échanges et partages d’idées entre les partenaires du projet. Tous les points mentionnés ne pourront pas faire l’objet de développements détaillés dans les délais impartis et pour respecter les contraintes financières de chacune des tâches de l’ensemble du projet. Un tableau récapitulatif est présenté à la fin de cette section pour résumer les moyens qui ont été déployés pour chaque sujet. Dans les cas les moins favorables, nous avons limité notre contribution à l’avancement scientifique des sujets à un état de l’art. Néanmoins, ces états de l’art restent indispensables et bénéfiques pour faire le point sur les connaissances actuelles et pour correctement inscrire chaque point développé dans un contexte global. 494/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.4 Analyse des résultats 1.2.1 Complexité du profil multicritère et aide à la hiérarchisation des
indicateurs environnementaux

Proposer des voies de synthèse des résultats pour réduire la complexité (méthode d’agrégation, pondération d’indicateurs…) : Les indicateurs initiaux à considérer et sur lesquels reposeront les suggestions sont, pour ELODIE, les indicateurs de la norme NF P01‐010 [1] ainsi que de son évolution future vers la norme NF EN 15804 [2] à l’échelle des matériaux et produits de construction, ainsi que des normes XP P01‐020‐3 [3] et NF EN 15978 [4] à l’échelle bâtiment. EQUER aborde également certains indicateurs orientés dommages, concernant la santé et la biodiversité. Néanmoins, la mise en application de la méthodologie ne pourra s’appliquer de manière comparative entre les deux logiciels, EQUER et ELODIE, uniquement sur le set d’indicateurs communs définis dans la tâche 2.3 Reproductibilité. De plus, les exemples mis en place par la suite ne constitueront que des cas d’étude de la méthodologie. En effet, la définition de priorités entre les différents aspects environnementaux (i.e. identifier des indicateurs sur lesquels agir préférentiellement) relève principalement de décisions d’ordre politique plus que technique, d’étude du contexte au sens large, et/ou de critères de cohérence face aux responsabilités et aux besoins des acteurs et ne pourra être établie de façon absolue dans le cadre de ce projet de recherche. Pour cela, nous tenterons de définir un cahier des charges pour le développement d’outils de pondération personnalisée, permettant de s’accorder à ces besoins et contraintes.  Hiérarchiser les indicateurs : Différentes approches seront explorées pour mettre en place une hiérarchisation des indicateurs environnementaux issus de l’ACV. Nous nous intéresserons à : - L’approche par normation - L’approche statistique - L’approche par valeurs de référence Le terme « normation » signifie « rapporté à une échelle normée » et ne doit pas être confondu avec le terme «normalisation » qui concerne la réalisation de normes. Néanmoins, l’anglicisme « normalisation » (réalisé lors de la traduction des normes ISO 14040‐14044) est très souvent employé et sera assimilé comme équivalent au terme « normation ». Une vision plus détaillée de ces différentes approches sera fournie dans la description de la méthodologie. De l’ensemble de ces points émergeront des suggestions et des discussions sur les avantages et les limites des différentes aspects ainsi que de leurs complémentarités. Ces suggestions devront aussi s’afficher avec une volonté de fournir des outils facilement transposables et applicables de façon adaptée pour les besoins de chacun des acteurs (décideurs publics, certificateurs, constructeurs, bureaux d’étude, architectes etc.). Il sera aussi intéressant de présenter l’ensemble de cette réflexion selon une échelle de temps avec trois niveaux d’ambition distincts : 1. Court terme : état de l’art dans les outils actuels 2. Moyen terme : mise en cohérence éventuelle avec les exigences des normes 3. Long terme : recommandations sur les solutions à développer dans les outils Cela permettra de correctement se positionner par rapport au contexte normatif et à la réalité logicielle correspondant à la pratique de l’ACV. 1.2.2 Définition et prise en compte des contraintes autour du projet
(climatiques, sismiques, géologiques, urbanistiques…) dans l’analyse de
performance
495/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.4 Analyse des résultats 
Etudier des retours d’expérimentation pour mettre en évidence les relations entre contraintes et résultats : L’idée est d’exploiter les résultats de la tâche d’expérimentation pour analyser les potentielles corrélations entre les contraintes environnementales subies par l’ouvrage et les résultats obtenus. Ce point, tout comme les suivants et l’ensemble de cet aspect, a avant tout pour objectif de réaliser un diagnostic clair du sujet. En effet, devant la multitude de critères à prendre en compte, une question aussi vaste ne pourra être pleinement explorée afin de fournir des recommandations judicieuses et scientifiquement fondées. De plus, à cette première difficulté, vient s’ajouter la question de la définition de « l’équivalent fonctionnel » du bâtiment (au sens de la norme NF EN 15978, à rapprocher de la notion d’unité fonctionnelle des normes ACV de la série ISO 14000) pour des projets soumis à des contraintes diverses. Pour ces raisons, il a été estimé qu’un diagnostic précis représentera une avancée certaine sur ce sujet. Parallèlement à cet aspect de contraintes, nous aborderons la notion « d’opportunités ». La notion d’opportunité est à comprendre comme l’exploitation positive de certaines circonstances, exigences ou particularités imposées par l’implantation de l’ouvrage dans un contexte donné. Celle‐ci étant complémentaire de la notion précédente de contraintes, il semble difficile de la dissocier et nous proposerons aussi des pistes d’interactions entre contraintes et opportunités. Par exemple, la nécessité de fondations profondes imposée par la géologie pourra être exploitée positivement pour mettre en place une solution géothermique. Ce point revient finalement à trouver des voies de gestion ou d’optimisation des contraintes, éventuellement en les transformant en opportunités.  Etablir une liste de contraintes significatives à prendre en compte dans l’affichage des résultats : Nous chercherons à établir une liste concrète de contraintes présentant une influence non négligeable sur les résultats d’ACV et pouvant dès lors potentiellement modifier leur interprétation. Cela peut s’envisager en deux niveaux d’ambition : - La réalisation d’un état de l’art sur des influences prouvées ou pressenties déjà énumérées dans la littérature - La mise en évidence d’influences pressenties ou jamais désignées par l’exploitation de retours d’expérience  Proposer des pistes de mise en place de facteurs de contextualisation des résultats en fonction des contraintes : Nous tenterons de proposer des pistes pour mettre en place des facteurs de contextualisation des résultats en fonction des contraintes ou opportunités pour réaliser des comparaisons ou des mises en perspective d’ouvrages implantés dans des contextes différents. En particulier, il sera intéressant de se demander dans quelle mesure il est adéquat de prendre en compte la physique des phénomènes le plus loin possible dans la démarche avant d’appliquer une modulation des seuils selon d’autres critères (optimisation technico‐
économique ou aide d’ordre politique à une filière par exemple). Nous nous interrogerons notamment sur les avantages et inconvénients de ces démarches ainsi que sur la pertinence de tels facteurs en fonction de l’objectif d’étude (éco‐conception/certification‐benchmark). Ce point sera particulièrement exploratoire et nous nous appliquerons à ne pas tirer de conclusions hâtives mais seulement à formuler correctement les questions à se poser et à proposer et discuter des pistes. La quantité de résultats nécessaire pour établir une étude statistique solide sur ce sujet de la prise en compte des contraintes demanderait des moyens qui occulteraient totalement les autres points de cette tâche. La démarche sera donc pragmatique et s’appuiera sur des cas déjà disponibles (par exemple l’exploitation des résultats HQE Performance) et sur les cas d’étude prévus dans BENEFIS. 496/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.4 Analyse des résultats 1.2.3 Gestion des incertitudes

Dresser une liste hiérarchisée présentant les sources d’incertitudes pour l’ensemble des contributeurs : L’idée est de présenter une liste la plus complète possible (sans pour autant être exhaustive) sur les sources d’incertitudes impactant les résultats d’ACV bâtiment. Nous tenterons de hiérarchiser ces sources afin d’identifier les points les plus critiques sur lesquels les efforts les plus importants seront nécessaires. Nous pourrons notamment rattacher certains points critiques de la reproductibilité des études mis en évidence dans la tâche 2.3 Reproductibilité.  Apprécier la pertinence de leur utilisation et proposer des voies d’interprétation de l’information apportée en fonction des objectifs d’étude : Suite à l’identification des sources d’incertitudes, il est proposé de s’intéresser ici à la pertinence de l’utilisation de cette information supplémentaire sur l’interprétation des résultats d’ACV. Il sera particulièrement pertinent de regarder si l’application de l’évaluation de l’incertitude permet de distinguer des études de variantes proches pour lesquelles il est difficile de conclure sans cette analyse. De même, pour des modélisations a priori correctement dissociées, nous regarderons si l’interprétation et la prise de décision résultante n’est pas remise en question par l’introduction de cette information supplémentaire. Dans ce cas, bien qu’il soit difficile de les étudier dans le détail, nous pourrons suggérer des pistes à développer pour aider à tout de même tirer une conclusion.  Décrire une méthodologie mise en place pour les composants et évaluer son opérationnalité dans les outils : Une méthodologie de calcul des incertitudes pour le contributeur composant sera présentée et nous étudierons la possibilité de sa mise en place dans les outils. L’objectif général de cet aspect est de consolider et améliorer la confiance des utilisateurs dans les résultats fournis par les logiciels d’ACV bâtiment, tout en leur faisant prendre conscience de l’existence d’incertitudes. 1.2.4 Analyse des besoins spécifiques aux utilisateurs pour des outils efficaces
en aide à la conception

Mettre en place un questionnaire pour identifier les besoins des différents acteurs pour un affichage clair et pertinent en éco‐conception : L’objectif est de recueillir des informations de la part de potentiels utilisateurs sur leurs besoins actuels et ceux qu’ils imaginent au regard des évolutions des pratiques. Le questionnaire sera généraliste pour prendre en compte tous les besoins sur l’ensemble de la chaîne depuis la conception jusqu’à la certification. Cela dans le but de positionner au mieux les besoins d’éco‐conception dans une approche holistique d’un projet de construction. Nous proposons également de réaliser cette enquête en deux temps : - En premier lieu au cours de la phase de développement méthodologique afin de collecter les besoins. - En second lieu à l’issue de la tâche d’expérimentation pour valider l’adéquation entre les solutions apportées et les besoins exprimés. 497/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.4 Analyse des résultats 
Réaliser, en lien avec les réponses obtenues, un état de l’art sur l’adéquation des outils actuels par rapport à la demande aux différentes phases de conception : Ce point s’intégrera entre les deux phases d’enquête citées précédemment pour assurer une continuité de l’approche et situer les outils existants vis‐à‐vis des nécessités mises en évidence à l’aide du questionnaire. Nous réfléchirons notamment à la cohérence des indicateurs affichés ainsi qu’à leur granulométrie (phase par phase ou cycle de vie total) et à leur compréhension par rapport aux besoins.  Permettre d’identifier facilement les leviers d’action potentiellement significatifs à l’échelle bâtiment : Il sera nécessaire de proposer un système de présentation des résultats qui permette à l’utilisateur de visualiser simplement et rapidement les leviers d’action sur lesquels agir. Cependant, ce système aura pour seule prétention de faciliter l’analyse des leviers d’action sans pour autant proposer de solutions à mettre en place. En effet, les interactions et interconnexions plus ou moins évidentes entre contributeurs et indicateurs environnementaux empêchent toutes propositions efficaces applicables à différents cas d’étude.  Proposer un affichage efficace pour comparer des variantes de bâtiment : Nous verrons les solutions d’affichage susceptibles de répondre aux besoins pour la comparaison de variantes et ainsi faciliter le choix dans un processus d’éco‐conception.  Etablir les liens entre les besoins évoqués par rapport aux objectifs d’étude (besoin d’aide à la décision, besoin de communication et d’affichage…) : L’objectif de ce point est de résumer et structurer l’ensemble des données et développements de cet aspect. 1.2.5 Définition d’un format « standard » de communication des résultats,
compréhensible et exploitable par tous

Définir les informations nécessaires à l’obtention d’un document simple et directement communicable aux acteurs de la construction en fin de projet de construction : Ce point sera développé en lien avec les informations recueillies grâce au questionnaire et à l’ensemble des aspects précédemment évoqués. Selon l’acteur à qui les informations relatives aux ACV bâtiment sont destinées, le format de communication pourra être décliné en plusieurs solutions avec des niveaux de détail différents et adaptés.  Etudier les liens et la cohérence de ce format avec les exigences normatives de « reporting » : Nous validerons la cohérence des besoins soulignés avec les exigences imposées par les normes en matière de « reporting ». Le but sera soit de valider l’adéquation des deux parties, soit de proposer des voies pour éviter les divergences et assurer une cohérence maximale.  Voir comment ce document peut s’intégrer et constituer un « tronc commun » dans un format plus large : L’objectif sera avant tout orienté vers le développement informatique pour proposer des voies de mise en place dans les outils d’une solution souple permettant de couvrir l’ensemble des besoins. Relativement à l’ensemble des points méthodologiques identifiés, le tableau suivant présente les objectifs fixés sur chaque action afin de présenter un plan de travail clair, suffisamment ambitieux mais pragmatique en fonction du temps et des moyens à notre disposition. 498/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.4 Analyse des résultats Thématiques Sujets Objectifs visés Etat de l’art + position commune entre collaborateurs sur la solution à utiliser. Apporter une information synthétique sur la Etat de l’art + position commune entre performance environnementale d'un bâtiment. collaborateurs sur la solution à utiliser. Etudier des retours d’expérimentation pour mettre en évidence les relations entre contraintes et résultats B. Identifier et prendre en compte les contraintes d'un projet (climatiques, Etablir une liste de contraintes significatives à sismiques, géologiques, prendre en compte dans l’affichage des urbanistiques…) dans l’analyse de résultats performance Proposer des pistes de mise en place de facteurs de contextualisation des résultats en fonction des contraintes Dresser une liste hiérarchisée présentant les Etat de l’art des sources d’incertitudes par sources d’incertitudes pour chacun des contributeur avec interactions entre elles. contributeurs Décrire les plus apportés par l’utilisation de cette information supplémentaire pour quelques Apprécier la pertinence de leur utilisation et objectifs d’étude classiques. Détailler deux cas : 1. proposer des voies d’interprétation de Analyse de sensibilité pour robustesse des C. Gestion des incertitudes l’information apportée en fonction des objectifs résultats (fournir un protocole) et 2. Aide à la d’étude comparaison de variantes (outil d’analyse de risque. Décrire une méthodologie mise en place pour Décrire la méthode développée pour le les composants et évaluer son opérationnalité contributeur composant et en faire une analyse dans les outils (applicabilité limitée à critique. l’évaluation de l’énergie grise) Mettre en place un questionnaire pour Diffuser l’enquête et analyse des besoins. Réaliser identifier les besoins des différents acteurs des suggestions d’affichage en fonction d’objectifs pour un affichage clair et pertinent en éco‐
d’étude. conception Réaliser, en lien avec les réponses obtenues, un état de l’art sur l’adéquation des outils actuels Evaluer l’adéquation des logiciels ELODIE et D. Analyse des besoins spécifiques aux par rapport à la demande aux différentes EQUER avec les besoins identifiés. utilisateurs pour des outils efficaces en phases de conception aide à la conception Définition d’un levier d’action et identification de leviers d’action opérationnels. Proposer un Conception : Identifier les leviers d’action système d’affichage dans les outils pour les identifier. Conception : Comparer des bâtiments ou des Etat de l’art des solutions en application dans les variantes de bâtiments référentiels de certification. Suggestions. Identifier les informations devant être Réalisation de propositions martyres soumises présentes dans un document de valorisation et dans l’enquête et amélioration en fonction des de communication simple et directement retours. communicable aux acteurs de la construction E. Définition d’un format « standard » Etudier les liens et la cohérence de ce format de communication des résultats, avec les exigences normatives de « reporting » compréhensible et exploitable par tous Voir comment ce document peut s’intégrer et constituer un « tronc commun » dans un format plus large adapté à toutes les étapes d'un projet et à tous les niveaux de détails nécessaires A. Gérer la complexité du profil multicritère et aider à la hiérarchisation des indicateurs environnementaux Hiérarchiser les indicateurs Tableau 1: Récapitulatif des objectifs fixés sur chaque action constituant cette tâche Les actions grisées ont été envisagées mais mises de côté pour recentrer les efforts et permettre d’aboutir à des résultats plus probants sur les autres travaux. 499/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.4 Analyse des résultats 2
ASPECTS METHODOLOGIQUES POUR L’INTERPRETATION DES
RESULTATS – ETAT DE L’ART ET DEVELOPPEMENT
Cette partie fournit un descriptif des aspects méthodologiques les plus avancés parmi ceux évoqués dans la présentation des travaux à réaliser ainsi qu’un état de l’art de l’affichage de résultats existants aux travers des différents référentiels internationaux de certification. Chaque état de l’art sera accompagné d’une analyse critique ainsi que de suggestions d’utilisation. Nous proposons de distinguer deux volets dans l’analyse et la restitution des résultats. Tout d’abord les résultats de l’ACV doivent être correctement interprétés. Vient ensuite la communication ou « reporting » des résultats auprès des décideurs ou des parties‐prenantes du projet de conception, de construction ou de réhabilitation du bâtiment. La figure suivante précise ces étapes dans le cadre général de la méthodologie ACV et de ses applications dans le bâtiment. Figure 1: Etapes de la méthodologie ACV (adapté de ISO, 2006 ; ILCD, 2010) Les prochaines parties décrivent les aspects méthodologiques des phases d’interprétation et de communication qui seront abordés prioritairement pour répondre aux problématiques soulevées dans l’introduction de ce document. 2.1 Méthodes pour l’interpretatiOn des résultats d’une ACV
L’interprétation des résultats d’une ACV correspond à la quatrième étape au sens des normes ISO 14040‐
44. Elle comporte différents aspects qu’il est possible de regrouper en quatre groupes :  L’aide à la hiérarchisation du profil multicritère d’indicateurs o La normalisation des indicateurs selon des valeurs moyennes par habitant o L’utilisation de méthodes statistiques : étude des corrélations entre indicateurs ou analyse en composantes principales, etc1.  L’aide à la pondération du profil multicritère o Méthode d’agrégation, score unique  L’aide à l’interprétation des valeurs absolues des indicateurs ACV 1
Ce type de méthodes est à mettre en place par les experts ACV développant les bases de données ou les
logiciels ACV afin de communiquer sur les corrélations qui existent à l’heure actuelle sur les indicateurs de l’ACV.
500/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.4 Analyse des résultats Comparaison des résultats avec des valeurs de références ; Normation selon des valeurs représentative du secteur d’activité o Contextualisation des résultats de l’évaluation L’aide à l’analyse de la robustesse des résultats o Analyse d’incertitudes (notamment pour les comparaisons de variantes) o Analyse de sensibilité et de scénarii o

Ces différents groupes sont complémentaires et apportent des informations utiles pour une interprétation facilité des résultats d’ACV. 2.1.1 Hiérarchisation ou organisation du profil multicritère d’indicateurs
L’objectif de ces méthodes est de faire émerger des catégories d’impact prioritaires selon des objectifs d’étude, des contraintes réglementaires, des études de corrélation, etc. 2.1.1.1 Normalisation des indicateurs selon des valeurs moyennes par habitant
Etat de l’art et définition : Lorsque plusieurs variantes architecturales ou techniques d’un projet sont comparées, il peut arriver que l’une des variantes soit plus performante sur certains indicateurs mais moins performante sur d’autres. Dans ce cas, il serait utile d’établir un ordre de priorité entre les indicateurs. L’un des critères pour établir ces priorités concerne l’importance de la contribution du bâtiment aux différents problèmes environnementaux. Par exemple si le bâtiment contribue beaucoup plus au problème B qu’au problème A, alors la priorité pourrait être donnée à l’indicateur B par rapport à l’indicateur A. La variante minimisant l’impact B serait alors choisie. Mais les unités et les ordres de grandeur des indicateurs étant différents, il n’est pas simple de comparer les différents impacts d’un bâtiment. Définition : La normation est une opération mathématique permettant de transformer un profil multicritère exprimé dans des unités différentes en un profil multicritère exprimé en sans unité ou adimensionnel. Il suffit pour ce faire de définir un profil de référence (ou profil de normation). La normation est une étape nécessaire pour l’agrégation multicritère totale (somme pondérée, produit pondéré, …). La normation est également très utile pour la définition de classe ou catégorie pour « trier » les solutions comparées. Elle peut aussi aider à comparer les résultats de différentes méthodes d’évaluation quand les unités ne sont pas homogènes (par exemple plusieurs indicateurs d’éco‐toxicité) ou permettre de repérer des incohérences dans le calcul. Une unité comme l’habitant équivalent est enfin beaucoup plus parlante pour la présentation des résultats à des non‐experts que des PDF.m².an par exemple (PDF pour Potentially Disappeared Fraction, indicateur permettant de quantifier la diminution du nombre d’espèces, flore et faune confondues). 501/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.4 Analyse des résultats Les normes de la série ISO 14040 concernant l’analyse de cycle de vie utilisent le terme de normalisation : il s’agit de transformer les indicateurs environnementaux de manière à les exprimer dans une même unité et ainsi faciliter l’interprétation multi‐critères. (Extrait de la norme 14044) 4.4.3.2 Normalisation 4.4.3.2.1 La normalisation est le calcul de l'importance des résultats d'indicateurs de catégorie par rapport à certaines informations de référence. L'objectif de la normalisation consiste à mieux comprendre l'importance relative de chaque résultat d'indicateur du système de produits étudié. Il s'agit d'un élément facultatif qui peut se révéler utile, par exemple, pour contrôler les incohérences, fournir et communiquer des informations sur la portée relative des résultats d'indicateurs, et élaborer des méthodes supplémentaires, telles que le regroupement, la pondération ou l'interprétation du cycle de vie. 4.4.3.2.2 La normalisation transforme un résultat d'indicateur en le divisant par une valeur de référence choisie. Voici des exemples de valeurs de référence: la totalité des intrants et des extrants pour une zone donnée pouvant être mondiale, régionale, nationale ou locale; la totalité des intrants et des extrants pour une zone donnée par habitant ou une mesure similaire; les intrants et les extrants dans un scénario de référence, tel qu'un système de produits alternatif donné. Il convient que le choix du système de référence envisage la cohérence des échelles spatiales et temporelles du mécanisme environnemental et de la valeur de référence. La normalisation des résultats d'indicateurs peut modifier les conclusions établies sur la base de la phase d'ACVI2. Il peut être souhaitable d'utiliser plusieurs systèmes de référence afin de montrer les conséquences constatées sur le résultat des éléments obligatoires de la phase d'ACVI. Une analyse de sensibilité peut fournir des informations supplémentaires sur le choix des données de référence. L'ensemble des résultats d'indicateurs normalisés représente un profil normalisé d'ACVI. Les équivalents habitant‐année sont généralement utilisés (voir le tableau ci‐dessous par exemple). Si par exemple le bâtiment génère l’émission de 800 tonnes d’équivalent CO2 sur son cycle de vie et si les émissions par habitant et par an sont de 8 tonnes, alors la contribution du bâtiment est équivalente à 100 habitants‐années. Cette transformation peut être effectuée sur les indicateurs pour lesquels des moyennes par habitant et par an sont disponibles. Selon l'objet de l'étude, la normation peut être faite par rapport à toute valeur de référence pertinente. Néanmoins, l’utilisation d’une moyenne nationale ou européenne (chiffres présentés par la suite) est souvent adoptée. Elle permet de positionner un projet dans un contexte global de l’activité humaine. Les tableaux ci‐dessous montrent de telles données par habitant et par an pour différents indicateurs, issues de différentes sources : dans le cas de la France, données de l'IFEN, du CITEPA, de l'ANDRA, de l'ADEME et du ministère de l'Industrie, et données issues de [7] établies au niveau européen, considérées pour les indicateurs orientés dommages, compilées dans [6]. 2
Phase de l'analyse du cycle de vie destinée à comprendre et évaluer l'ampleur et l'importance des impacts potentiels d'un
système de produits sur l'environnement au cours de son cycle de vie
502/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.4 Analyse des résultats IMPACTS MOYENS PAR HABITANT ET PAR AN (France)
thème
effet de serre
énergie primaire
acidification
smog
eutrophisation
eau
déchets radioactifs
autres déchets
toxicité humaine
éco-toxicité
unité
kg CO2 eq.
kWh
kg SO2 eq.
kg C2H4 eq.
kg PO43- eq.
m3
dm3
kg éq,
DALY
PDF.m2.an
Année-habitant
8 680
48 670
62,3
19,7
38,1
339
0,51
10 400
0,0068
13 700
Source
CITEPA
Observatoire de l’Energie
CITEPA
CITEPA
IFEN
IFEN
ANDRA
ADEME
Jolliet (Europe)
Jolliet (Europe)
Concernant les ressources en eau, trois grandes problématiques se dégagent : 1)
La consommation d’eau : définie par le projet de norme sur l’empreinte eau PR NF ISO 14046 [AFNOR, 2013] comme étant la quantité d’ « eau extraite d’un bassin versant et n’y retournant pas » ; La norme précise que la « consommation d’eau peut être due à l’évaporation, la transpiration, l’intégration aux produits ou au rejet dans un autre bassin versant ou dans la mer. L’évaporation des réservoirs peut être incluse dans La consommation d’eau » ; 2)
la dégradation de l’eau : définie par PR NF ISO 14046 [AFNOR, 2013] comme étant « l’évolution négative de la qualité de l’eau " représentée par l’ensemble des « caractéristiques physiques (thermique par exemple), chimiques et biologiques de l’eau au égard à son adéquation pour une utilisation envisagée par l’homme ou par des écosystèmes » ; 3)
La gestion de l’eau en cohérence avec les spécificités locales du site d’implantation du bâtiment: maîtrise des risques d'inondations (zones inondables, équilibre sols perméables / zone imperméables) ; maîtrise de l’état hydrique des sols et recharge des nappes souterraines ; maîtrise de l’impact sur les écosystèmes / biodiversité, en particulier ceux liés à des milieux aquatiques, etc. La première problématique (la consommation d’eau), est considérée prioritaire car il est estimé que les bâtiments consomment actuellement 1/5 des ressources en eau disponibles à l’échelle planétaire [WEF, 2011]. En ce qui concerne la dégradation d’eau, les thèmes « eutrophisation » et « écotoxicité aquatique » répondent en partie à ces enjeux. La problématique liée à la gestion de l’eau en cohérence avec les spécificités locales du site d’implantation du bâtiment, n’est pas encore explicitement traités dans les études basées sur les approches ACV. La plus grande part de l’eau prélevée retourne au milieu naturel. Il serait alors plus pertinent de ne considérer que les prélèvements nets d’eaux de surface ou souterraines, qui s’élèvent alors à 91 m3 par habitant et par an en France. Mais ceci nécessiterait de calculer le prélèvement net correspondant à la consommation d’eau potable dans un bâtiment, en tenant compte de l’évaporation par exemple. Or c’est actuellement la consommation brute qui est évaluée. La normalisation devrait alors également considérer la consommation brute. Des données plus récentes, issues du ministère en charge de l’environnement [7], donnent une valeur plus élevée que la source IFEN citée précédemment : de l’ordre de 34 milliards de m3 par an, soit environ 540 m3 par habitant et par an. Une autre possibilité serait d’appliquer un ratio moyen entre consommation brute et nette pour l’eau potable. Selon les données des données de 2007 [8], la consommation d’eau potable représente 18% de la consommation brute totale, soit 97 m3 par personne et par an, et 25 % de la consommation nette, soit 23 m3. La consommation nette d’eau potable représente alors 24 % de la consommation brute d’eau potable. 503/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.4 Analyse des résultats Mais ce ratio est différent dans l’industrie, qui selon la même source représente 10 % de la consommation brute, soit 54 m3 par personne et par an, et 4 % de la consommation nette, soit 3,6 m3. Le ratio entre consommation nette et brute n’est alors que de 6 %, 4 fois plus faible que celui correspondant à l’eau potable dans les bâtiments résidentiels et tertiaires. Le Building research establishment (BRE) au Royaume Uni [9], propose les valeurs ci‐dessous pour l’Europe de l’Ouest. IMPACTS MOYENS PAR HABITANT ET PAR AN (Europe de l’Ouest)
thème
effet de serre
épuisement des ressources
acidification
smog
eutrophisation
eau
destruction de la couche d’ozone
déchets radioactifs
autres déchets
toxicité humaine
éco-toxicité aquatique
éco-toxicité terrestre
unité
kg CO2 eq.
kg Sb eq.
kg SO2 eq.
kg C2H4 eq.
kg PO43- eq.
m3
kg CFC-11 eq.
mm3
kg éq,
tonne 1,4-DB eq.
tonne 1,4-DB eq.
kg 1,4-DB eq.
Année-habitant
12 300
39,1
71,2
21,5
32,5
0,217
0,000241 (haute activité)
19,7
13,2
123
Suggestions : La normalisation nécessite l’utilisation de valeurs de référence. Ces valeurs influent grandement sur l’interprétation qui sera faite des résultats et nécessitent donc d’être déterminées avec rigueur. Il conviendrait d'affiner certaines de ces valeurs, en particulier en ce qui concerne la consommation d'eau, les effets sur la santé et la biodiversité. Une mise à jour régulière est également souhaitable pour assurer la validité des interprétations en fonction du contexte écologique réel. Nous suggérons d’utiliser ces valeurs par défaut dans les outils. Elles pourront éventuellement être modifiées par l’utilisateur si elles ne reflètent pas ses problématiques. 2.1.1.2 Méthodes statistiques pour gérer la complexité du profil d’indicateurs en ACV
Le potentiel de ce type de méthodes est à évaluer par les experts ACV développant les bases de données ou les logiciels ACV pour le secteur du bâtiment afin d’avoir connaissance des corrélations qui existent à l’heure actuelle sur les indicateurs ACV qu’ils utilisent. Etat de l’art et définition : L’analyse de Cycle de Vie est une méthode environnementale parfois jugée complexe. Par exemple, les résultats d’une étude ACV peuvent être présentés à l’aide de plusieurs dizaines de flux d’inventaire de cycle de vie ou d’indicateurs d’impacts. Par conséquent, ces résultats peuvent être difficiles à communiquer auprès des utilisateurs des outils ACV, auprès des décideurs ou des commanditaires de l’étude. Il s’agit alors d’explorer des pistes pour simplifier le profil de résultats sans perdre trop d’information environnementale. 504/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.4 Analyse des résultats A côté des approches classiques de type normation (cf. partie précédente), permettant de hiérarchiser des indicateurs, les méthodes statistiques comme la régression linéaire ou la visualisation par nuage de points permettent de fournir des éléments factuels sur les corrélations qui existent entre les indicateurs d’impacts pour une base de données ou un ensemble d’études ACV. Lorsque le degré de corrélation entre deux indicateurs est élevé, il peut être envisagé de ne retenir qu’un des deux indicateurs pour la prise de décision. Des travaux antérieurs (cf. figure suivante) ont par exemple montré un lien plus ou moins important entre la consommation d’énergie fossile et les autres indicateurs d’impacts de la base de données Ecoinvent pour les différents processus d’énergie, de fabrication des matériaux notamment. Figure 2: Nuages de points entre l’indicateur de demande cumulative en énergie fossile et le changement climatique, l’épuisement des ressources, l’acidification et l’eutrophisation pour les données ACV de fabrication de matériaux tiré de [10] Cette approche peut ensuite permettre de proposer un ensemble réduit d’indicateurs hiérarchisé sur critère statistique (par exemple à partir du coefficient de corrélation, de l’intervalle de confiance etc.). Elle peut venir éclairer certains choix effectués a priori par le praticien sur les indicateurs à retenir pour son étude. En parallèle, pour mieux appréhender la structure inhérente d’un ensemble de données d’études ACV, des méthodes plus élaborées existent également comme les analyses factorielles dites analyses multidimensionnelles qui sont présentées dans la suite. Exemple de la méthode d’Analyse en Composantes Principales (ACP) appliquées sur des études ACV de bâtiments. L’Analyse en Composantes Principales (ACP) est une technique d’analyse de données et de statistique multivariée qui consiste à déterminer les variables corrélées pour définir de nouvelles variables, toutes décorrélées les unes des autres. Ces nouvelles variables sont les « composantes principales » et permettent de trier clairement l’information. Néanmoins, il est important de noter la possible perte d’informations sur le sens physique des indicateurs de départ lors du passage à ces composantes. Cette méthode fait partie des nombreuses approches de Data mining consistant à faciliter l’extraction d’informations à partir de grandes quantités de données. Ces approches sont depuis peu appliquées dans le domaine de l’Analyse de Cycle de Vie [11],[12],[13],[14],[15]. 505/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.4 Analyse des résultats L’objectif de l’ACP consiste à maximiser la variance sur les premiers axes factoriels. Les résultats de l’ACP s’interprètent ensuite à l’aide du cercle des corrélations comme la proximité d’une variable (Point) avec les axes factoriels (cf. Figure 3). L’ACP permet d’identifier les corrélations linéaires existantes entre les différents indicateurs. Figure 3: Cercles des corrélations après rotation pour les composantes 1, 2, 3, et 4 d’un système à 13 indicateurs Ces méthodes ont été utilisées sur plusieurs sets d’indicateurs utilisés par exemple dans des outils ACV bâtiment comme ELODIE ou novaEQUER. Elles permettent de dégager des indicateurs linéairement décorrélés entre eux. Ce type de résultats peut alors confirmer ou montrer les limites d’approches simplifiées ne considérant par exemple qu’un critère (bilan carbone). Dans cet exemple, l’ACP sur 13 indicateurs d’impacts (variables de départ) aboutit seulement à 4 composantes avec une perte d’information sur le plan statistique de seulement 5%. D’un point de vue environnemental, ces nouvelles composantes couvrent différentes problématiques comme la consommation d’énergie fossile (6 indicateurs fortement corrélés à cette composante), la production de déchets (2 indicateurs corrélés), l’épuisement de ressources minérales (1 indicateur corrélé) et la pollution des eaux (1 indicateur corrélé). Dans ce cas d’étude, les indicateurs d’acidification, d’épuisement de ressources et de production d’ozone photochimique sont tous corrélés positivement et fortement à la composante d’énergie fossile. Suggestions : A la vue de l’intérêt de ces méthodes de traitement pour organiser un jeu de données, il semble intéressant que les éditeurs de bases de données et de logiciels ACV pour le secteur de la construction explorent ce type d’approche pour identifier les possibles corrélations dans les indicateurs environnementaux des bases de données existantes. Une méthodologie appliquée sur les impacts reliés aux matériaux de construction a par exemple été proposée dans [16]. Ces méthodes statistiques (régression linéaire et ACP) permettent d’organiser les indicateurs du profil environnemental pour un secteur d’activités en particulier (dans notre cas le secteur de la construction). La principale limite réside dans l’analyse d’une population de données ou d’études de cas pouvant amener à des conclusions et des simplifications qui ne seront pas forcément valides pour une étude de cas particulière. Cependant, les tendances sont à retenir et cette méthode reste complémentaire des autres approches (non statistiques) pour faciliter la lecture du profil multicritère. Comme toute méthode statistique, la robustesse des conclusions repose sur la richesse de l’échantillon traité. Le problème de la hiérarchisation reste posé dans le cadre où l’analyse des résultats consisterait à s’intéresser à un indicateur particulier qui ne serait plus visible suite à l’application de cette méthode 506/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.4 Analyse des résultats d’analyse en composantes principales. Aussi, l’application de valeur de normalisation est à ce jour difficile sur ces nouveaux indicateurs calculés car les retours statistiques sont encore inexistants pour permettre la mise en place de valeurs de référence. 2.1.2 Agrégation et pondération du profil multicritère
L'étape de pondération est une étape facultative de la norme ISO 14044 au même titre que la normalisation. Elle peut être appliquée sur des indicateurs déjà normalisés (cf. 2.1.1.1). Chaque indicateur est multiplié par un facteur de pondération spécifique qui vise à refléter l'importance relative des différentes catégories d'impact. Dans la pratique, différentes approches peuvent être utilisées pour pondérer les indicateurs. Les facteurs de pondération peuvent être déterminés par des experts ACV. Par exemple, le calcul d’un indicateur à score unique (p. ex. méthode eco‐indicator 99, IMPACT 2002+, ReCiPe) agrège les indicateurs de dommages sur les ressources, sur la santé (ex. DALY) et sur l’écosystème (ex. PDF) en les multipliant par des facteurs de pondération entre les champs de protection ressources, santé et écosystème. Ces méthodes utilisent la perspective culturelle basée sur les travaux de [Hofstetter 1998] pour adapter les facteurs de pondération. Trois perspectives sont définies : perspectives égalitaire, hiérarchique et individualiste. Ainsi, les catégories par exemple pour le domaine de la protection de la santé humaine (comme cancérigènes, effets respiratoires, les changements climatiques, le rayonnement et la couche d'ozone) sont pondérés différemment selon chaque perspective. Dans ce cas de figure, l’utilisateur final de ces indicateurs de l’ACV déjà sous forme de score unique doit être informé des hypothèses prises en compte dans le calcul de l’indicateur.
Une autre possibilité, plus fréquente, est de repartir des profils environnementaux des outils ACV bâtiment. Comme la plupart n’utilisent pas d’indicateur ACV à score unique (cf. ci‐dessus), ils fournissent un set de 10 à 15 indicateurs sur différents problèmes environnementaux. Dans ce contexte, il peut être intéressant de définir des méthodes et des facteurs de pondération répondant aux objectifs de l’étude. Par exemple, ces facteurs peuvent être définis par un comité d’experts ou par une politique nationale (exemple des facteurs de pondération du BRE). Ils peuvent également être définis par un panel de décideurs publics qui vont utiliser les résultats de l’ACV etc. Suggestions : A minima, les outils doivent permettre d’intégrer des facteurs de pondération sur les résultats de l’ACV en laissant le champ libre ou en proposant des valeurs par défaut (à l’instar de la proposition sur les facteurs de normation). Cette proposition sera notamment vérifiée au travers de l’enquête menée dans cette même tâche sur la compréhension des résultats ACV par les utilisateurs et l’identification de leurs besoins. 2.1.3 Interprétation des valeurs absolues des indicateurs
2.1.3.1 Création de valeurs de référence
Etat de l’art et définition : La création de valeurs de référence a pour objectif de fournir des ordres de grandeur de valeurs classiquement obtenues. Ainsi, l’obtention de telles valeurs peut se faire selon les deux procédés suivants :  Construction des valeurs avec des hypothèses de calcul génériques et des scénarios types.  Etude de retours d’expérience pour calculer ces valeurs à partir d’une distribution statistique des résultats obtenus. 507/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.4 Analyse des résultats Généralement, ces deux approches sont considérées comme complémentaires, la première permettant une validation théorique des valeurs déterminées empiriquement. Les valeurs ainsi obtenues pourront potentiellement aider à la détermination de facteurs de normation propres au secteur de la construction (cf. section précédente). Ce type de travaux est, par exemple, mené dans le cadre de l’expérimentation HQE Performance [17] qui propose d’établir des valeurs de référence par type d’ouvrage (Maison Individuelle, Immeuble Collectif et Bâtiment de Bureau). Des documents cadres sont mis à disposition de tous les expérimentateurs afin de définir un périmètre d’étude et de rendu le plus homogène possible entre les différentes modélisations. Cette méthode permet de produire des valeurs de référence adaptées à des approches d’évaluation: en phase d’éco‐conception, alors que les études se feront au plus près de l’usage prévu du bâtiment (scénarii libres), les résultats pourront être difficilement comparés à ces valeurs calculées pour des scénarii conventionnels. Cette approche statistique nécessite la collecte de nombreuses données justifiant l’analyse statistique et la représentativité de l’échantillon considéré en terme de contexte géographique, temporel et technologique. A partir des résultats d’une expérimentation, par exemple, il est proposé de définir une base de données de valeurs de référence par typologie et pour des bâtiments BBC. Néanmoins, à l’intérieur d’une typologie, il pourrait clairement être intéressant d’avoir la même approche par système constructif. Cependant, cela nécessite un nombre de modélisations d’autant plus important sur un domaine de validité plus limité mais qui permet ensuite des comparaisons contextualisées plus finement. Figure 4: Schéma récapitulatif de la précision des domaines vs. périmètre de validité pour 3 paramètres choisis arbitrairement La Figure 4 permet de résumer schématiquement les propos précédents. Les trois paramètres considérés sont juste des exemples facilement appréciables par chacun pour mettre en exergue la dualité entre précision et cadre de validité. Finalement, il est important de préciser que l’équilibre Précision vs. Périmètre de validité est à déterminer au cas par cas en fonction des besoins utilisateurs. Des initiatives nationales ou internationales sont indispensables pour établir des valeurs de référence depuis l’expérience pour faciliter la détection des points critiques et proposer des facteurs de normalisation spécifique à la construction. Ces références sont primordiales pour étudier la performance environnementale car elles fournissent un cadre de comparaison commun. Elles peuvent mener à des analyses statistiques en fixant des valeurs de référence « objectif », des valeurs de référence moyenne, des limites supérieures, etc. Cependant, en dépit d’un grand nombre de benchmarks réalisés sur l’efficacité énergétique des bâtiments [18], très peu s’intéressent à la performance environnementale. Certains pays ont lancé des initiatives, souvent au travers de leur référentiel de certification : 508/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.4 Analyse des résultats  HQE Performance, France [19],[20]  Règles DGNB, Allemagne [21]  Outil BRE Envest II, Angleterre [22]  GBCe VERDE, Espagne [23]  LEED, Etats‐Unis [24] Cependant, l’harmonisation des méthodologies et des périmètres d’étude manque souvent pour unifier et comparer ces différentes études. Quelques projets passés ou en cours [25],[26],[27],[28] s’intéressent à ce problème et maintiennent les efforts. Suggestions : La détermination de ces valeurs, au‐delà de l’aspect scientifique basé sur des études statistiques, doit aussi tenir compte de contraintes socio‐économiques afin de proposer une valeur de comparaison cohérente et représentative du marché. Pour préciser d’avantage ces valeurs, elles doivent pouvoir être établies selon des hypothèses et un périmètre cohérents à la modélisation ACV pour laquelle la comparaison des résultats est réalisée. De plus, les hypothèses considérées pour définir les scénarios d’usage et d’occupation doivent être correctement explicitées pour mener à des études reproductibles et comparables d’un praticien à un autre. Ces valeurs peuvent notamment être utilisées pour normer un résultat par rapport au secteur de la construction ou une typologie particulière plutôt qu’un contexte écologique global. Quel que soit la valeur de normation, l’interprétation d’un résultat normé doit être faite en regard de l’échelle de référence utilisée et ainsi juger de la pertinence de la référence considérée. Les initiatives françaises (Expérimentations HQE Performance) lancées pour établir des ordres de grandeur sont un premier pas indispensable pour construire des valeurs de référence selon un référentiel harmonisé3. Les études statistiques de l’échantillon permettront de déterminer des valeurs de référence pour trois typologies de bâtiments neufs performants sur le plan énergétique (label BBC, ou RT2012). Un traitement statistique plus fin (mais alors moins représentatif en volume) pourrait aussi permettre de différencier ces valeurs par systèmes constructifs, zones climatiques et tout autre information renseignée lors des modélisations. Nous recommandons aux praticiens d’utiliser les valeurs de références qui sortiront prochainement en France suite à l’expérimentation HQE Performance si leur champ de l’étude correspond à celui de cette expérimentation. Les valeurs statistiques d’HQE Performance doivent toutefois être consolidées en continuant à capitaliser des résultats. Il est notamment indispensable de pouvoir élargir le partitionnement proposé par typologie à d’autres typologies, aux systèmes constructifs et toutes autres caractéristiques potentiellement intéressantes. Les thèmes de la santé et de la biodiversité pouvant être considérés comme importants, il est également utile de mener des études équivalentes sur les indicateurs correspondants (par exemple les DALYs et les PDF.m2.an). Des comparaisons à des références (standard et meilleures pratiques) ont été menées à l'échelle d'un quartier avec le logiciel EQUER [6],[29]. 3
Voir les règles d’application HQE Performance
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BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.4 Analyse des résultats 2.1.3.2 Contextualisation de résultats de l’évaluation
Etat de l’art et définition : Le contexte représente l’ensemble des données et des circonstances dans lequel est réalisé le projet. La notion de contexte apparaît dès lors comme relativement vague et étendue car liée à différents domaines (social, économique, physique…) ainsi qu’à différentes échelles (locale, territoriale…). De par cette étendue, nous pouvons aussi souligner que le contexte est lui‐même dépendant du point de vue et donc de l’acteur qui évaluera le projet avec ses propres objectifs et contraintes. Parmi les contraintes, notons toutefois que certaines sont applicables de manière transversale sur l’ensemble des domaines et à toutes les échelles (c’est souvent le cas des aspects réglementaires par exemple). La délimitation de ce contexte n’est donc pas aisée mais implique des spécificités dans le choix et le dimensionnement des matériaux, engendrant ainsi des impacts environnementaux. Il est donc indispensable de s’intéresser à ces problématiques de contexte pour vérifier la plausibilité de différentes solutions techniques dans un contexte donné. Nous définissons comme contraintes « contextuelles » les contraintes de conceptions liées au contexte du bâtiment, c’est‐à‐dire liées au site d’implantation. Par exemple, des contraintes contextuelles susceptibles d’avoir de l’influence sur l’ACV du bâtiment sont les contraintes suivantes :  Hydrogéologiques  Géologiques  Topographiques  Liées à l’aléa sismique  Climatiques (Climat, intempéries (vents, neige), altitude, condition hors‐gel du sol)  Environnement sonore  Culturelles (liées aux tendances architecturales locales)  Urbanistiques (infrastructures, PLU, PPR) o réseaux de transport o réseaux eau potable et assainissement o réseau de gaz de ville, réseau électrique etc. o risques d’inondations Les conditions locales constituent des contraintes fortes dans les choix décisionnels. Une bonne solution dans une zone ou un site donné ne sera pas forcément pertinente dans un autre lieu. L’étude de l’influence des contraintes d’un projet (climatiques, sismiques, géologiques, urbanistiques...) sur les résultats de l’ACV d’un bâtiment est donc nécessaire pour améliorer la connaissance d’ordres de grandeur et faciliter ainsi l’interprétation. Les enjeux de cette étude sont multiples :  Améliorer l’interprétation des résultats (en particulier pour la comparaison d’ouvrages)  Ne pas pénaliser certaines implantations  Préparer la mise en place de politiques environnementales cohérentes L’un des enjeux particuliers de cet aspect sera la caractérisation des différents paramètres de contextualisation. En effet, les différents paramètres cités peuvent être décrits avec un niveau de définition variable à l’aide de :  Valeur binaire  Système de classe  Valeur réelle 510/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.4 Analyse des résultats Suggestions : L’exploration de l’influence de certaines contraintes sur les résultats d’ACV demande des moyens de capitalisation de résultats difficile à dégager dans le cadre d’un projet de recherche. L’intérêt mentionné nécessite pourtant de soulever la question et de proposer une méthodologie scientifiquement robuste pour investiguer l’éventuel besoin de coefficients de modulation pour l’ACV bâtiment. Figure 5: Proposition de méthodologie pour l'étude des contraintes contextuelles La Figure 5 met en évidence la démarche suggérée par le groupe de travail pour évaluer la nécessité de la mise en place de coefficients de modulation. L’identification de cas d’étude pour chaque typologie reste un point déterminant de l’approche et doit être sélectionné pour être représentatif du marché de la construction actuel. L’autre aspect clé est la détermination des scénarios de référence à considérer pour l’évaluation d’une contrainte contextuelle. Pour évaluer le potentiel de production photovoltaïque par exemple, un système de référence doit être considéré pour calculer uniquement les variations de production induites par la localisation et l’intégration (état thermique et masque proche et lointain) de ce système. Le dimensionnement du système de référence constitue ainsi l’équivalent fonctionnel qui sera évalué dans des conditions d’utilisation différentes. L’équivalent fonctionnel (qui pourra ne pas être unique en fonction du plan d’expérience établi) doit être un bâtiment dans son ensemble. Ainsi, pour une maison a priori identique dans deux zones climatiques différentes, il fait considérer que l’augmentation d’épaisseur de l’isolant pour le climat le plus défavorable est imposée par la localisation uniquement afin d’atteindre une même température intérieure. 511/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.4 Analyse des résultats Figure 6: Illustration du découpage territorial en zone climatique selon la RT2012 La Figure 6 illustre le découpage territorial en zone climatique appliqué dans la RT2012 pour réaliser une modélisation. Cette modulation est également réalisée en fonction de l’altitude. Il sera intéressant, dans le cadre de l’ACV bâtiment, de tendre vers ce type de représentation. Néanmoins, la complexité de l’ACV et les effets couplés pouvant intervenir entre contributeurs au cycle de vie du bâtiment devront être correctement appréhendés pour mener à une solution raisonnable et applicable, tenant compte de la physique des phénomènes. 2.1.4 Aide à l’analyse de la robustesse des résultats de l’ACV
2.1.4.1 Analyse d’incertitudes
Etat de l’art et définition : Le problème de quantification d’une grandeur physique est indissociable de celle de son incertitude. L’incertitude permet de quantifier l’écart entre une valeur mesurée ou modélisée et la valeur vraie. La communauté scientifique apprécie le calcul d’une valeur la plus précise possible mais cela s’avère souvent difficile en pratique. La gestion des incertitudes est un outil indispensable pour l’aide à l’interprétation des résultats. La connaissance de l’incertitude d’une grandeur physique permet de juger la fiabilité des valeurs mesurées ou calculées. Alors, à partir de ce constat, l’incertitude permet d’améliorer l’appréciation de la valeur calculée. En ce sens et dans le cadre d’utilisation de l’outil ACV bâtiment comme aide à la décision, un tel calcul d’incertitudes permet d’y ajouter une dimension de gestion des risques (par prévention/acceptation et sans pour autant les réduire/transférer). L’analyse d’incertitudes est un sujet important pour améliorer la confiance des praticiens dans les résultats d’ACV [30]. 512/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.4 Analyse des résultats L’analyse des incertitudes fournit une évaluation de la précision du résultat en prenant en compte la variabilité des données d’entrée dans la mesure où ces incertitudes sont mesurées. Dans le cadre de l’ACV bâtiment, complexe et impliquant une longue chaîne de production et de nombreux acteurs, l’incertitude sur le résultat final est obtenue par propagation des incertitudes à l’échelle des différents entrants de la modélisation. L’ACV bâtiment ne se résume pas à la simple agrégation d’ACV des produits et matériaux de construction mais doit prendre en compte d’autres contributeurs : Energie, Eau, Déplacement, Chantier, Déchets. Ainsi, la caractérisation des différentes sources d’incertitude reste complexe tant les sources des données amonts sont diverses [31]. Les sources des incertitudes sont présentes à différentes étapes de la méthodologie ACV. Selon [32] les sources d’incertitudes peuvent être classées en trois types : épistémique (liée à un manque de connaissances), technique et méthodologique. La classification de l’incertitude dans ce livrable est inspirée par [33],[34],[35] et [36] qui présentent la classification de l’incertitude par plusieurs autres auteurs. Selon ces auteurs les incertitudes et les variabilités sont classées en trois groupes :  Incertitudes paramétriques  Incertitudes de modélisation  Incertitudes dues aux choix Plus finement, les incertitudes peuvent être décomposées en [30]:  incertitude paramétrique,  incertitude de modélisation,  incertitude due aux choix,  variabilité spatiale,  variabilité temporelle,  et variabilité entre les objets et les sources. Des travaux ont récemment décrit ses sources d’incertitudes par rapport au contexte de l’ACV bâtiment. Les méthodes existantes pour la prise en compte des incertitudes ont également été décrites [37]. De manière générale, malgré l’acceptation unanime de la méthode de Monte Carlo comme technique ultime pour calculer les incertitudes [38],[39], son aspect chronophage la rend souvent difficile à implémenter dans les outils. Une solution peut consister à réaliser une analyse de sensibilité pour évaluer la part des incertitudes imputable à la variabilité sur les données d’entrée [40]. D’autres méthodes, tout autant chronophage, sont aussi mentionnées [41],[42] mais très peu de travaux proposent des solutions de simplification de ces calculs. Suggestions : Nous proposons dans un premier temps une méthodologie de calcul de l’incertitude du contributeur « produits de construction et équipements techniques » en tenant compte de la variabilité des données d’entrée sur les coefficients d’impacts et de durées de vie notamment. Les incertitudes sur le contributeur composant et matériaux de construction sont calculées en tenant compte de trois sources d’incertitudes :  L’incertitude sur la durée de vie des éléments  L’incertitude sur la quantité des éléments  L’incertitude sur le facteur d’impact des éléments La méthodologie est décrite en détail dans un article récemment publié [43]. Suite à l’étude d’influence de la variabilité des données d’entrée menée par matériaux, les travaux proposent de les classer selon quatre groupes :  Groupe 1 : les matériaux ayant une faible sensibilité et engendrant une faible incertitude sur les résultats à l’échelle bâtiment ;  Groupe 2 : les matériaux ayant une faible sensibilité mais engendrant une forte incertitude sur les résultats à l’échelle bâtiment ; 513/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.4 Analyse des résultats 

Groupe 3 : les matériaux ayant une forte sensibilité mais engendrant une faible incertitude sur les résultats à l’échelle bâtiment ; Groupe 4 : les matériaux ayant une forte sensibilité ET engendrant une forte incertitude sur les résultats à l’échelle bâtiment. Figure 7: Résumé des propriétés des quatre groupes proposés (en haut à gauche) et première classification obtenue suite aux études menées pour une maison individuelle (en bas à droite) La Figure 7 montre une première version de résultats obtenus pour une typologie d’ouvrage. L’approche devra être reproduite pour élargir à l’ensemble des typologies et de systèmes constructifs. Limite de son application : Un tel calcul ne peut mener qu’à l’évaluation des incertitudes dans un objectif de quantification de l’énergie grise (contribution des matériaux de construction et équipements dans l’ACV bâtiment). Néanmoins, la méthodologie présentée constitue un outil offrant un calcul rapide de propagation d’incertitudes pour une ACV simplifiée4 limitée au contributeur composant. Le temps de calcul permet d’envisager un déploiement dans un logiciel d’ACV. Nous étudierons donc ensuite l’opérationnalité de cette méthodologie dans un outil d’ACV bâtiment ainsi que la possibilité de généraliser la démarche pour l’ensemble des sources d’incertitude. Du fait de cette limitation et de la possible non applicabilité de la méthode sur l’ensemble des contributeurs (étant donné la non linéarité liée aux aspects énergétiques), ARMINES explorera la possibilité d'utiliser une méthode de type Monte Carlo (hors cadre du présent projet). Utilisations de l’information dans l’aide à la décision : L’affichage des incertitudes dans les résultats d’une ACV bâtiment peut remplir deux objectifs :  Dans le cas d’évaluation précise en vue, par exemple, d’une certification environnementale, elle fournit une information sur la robustesse des résultats. L’objet sera alors de minimiser l’incertitude pour considérer les résultats d’une modélisation robuste.  Dans le cas de modélisations menées en éco‐conception, elle permet d’apporter une information pour différencier ou non des variantes. Pour cela, il serait intéressant d’étudier la complémentarité 4
Par exemple, lorsque l’utilisateur ne choisit pas une donnée environnementale spécifique ou lorsqu’il ne connaît
pas précisément le scénario de maintenance et de remplacement de ses produits intégrés au bâtiment
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BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.4 Analyse des résultats de cette information avec une méthode d’évaluation des risques telle que l’inférence bayésienne par exemple. 2.1.4.2 Analyse de sensibilité et de scénarii
Etat de l’art et définition : L’analyse de sensibilité consiste à examiner les variations des résultats d’un calcul en fonction des changements des paramètres d’entrée. Cette approche représente une solution pour consolider les résultats en identifiant les principales sources d’incertitudes ; il en découle ainsi une meilleure robustesse des études. Son emploi dans l’ACV est motivé par une plus grande facilité de mise en œuvre que le calcul de propagation des incertitudes [44],[45]. Les deux approches sont néanmoins très fortement liées. La méthodologie suggérée dans la section précédente met à l’œuvre l’étude d’incertitude et l’étude de sensibilité simultanément. Suggestions : Si ce n’est pas possible de réaliser une analyse d’incertitude, une méthode alternative consiste à faire varier un par un les paramètres du modèle ACV et de tester la robustesse des résultats en comparaison de variantes ou non. Par exemple, des analyses de sensibilité peuvent être faites sur les aspects durées de vie produits, durées d’analyse (50 ou 100 ans), choix des données environnementales. En lien avec les bureaux d’étude thermiques, des analyses de sensibilité peuvent également être faites sur le calcul énergétique en faisant en sorte de faire à nouveau l’ACV sur la variante etc. L’intérêt de cette approche est de s’affranchir du problème de définition des lois de distribution des paramètres (indispensable en analyse d’incertitudes) tout en fournissant des éléments pour une aide à la décision robuste. 2.1.5 Bilan : vers une intégration de ces méthodes dans les outils ?
Suggestions : Chaque méthode permet d’apporter des éléments d’interprétation des résultats. Comme elles sont complémentaires, nous recommandons, dans la mesure du possible, de les utiliser de manière « intégrée » et conjointe dans les outils en partageant des valeurs par défaut si nécessaire pour améliorer la reproductibilité des résultats en sortie des outils. En effet, il y a des méthodes qui permettent de hiérarchiser les indicateurs et de ne retenir que les 4‐5 indicateurs clés (normalisation, méthodes statistiques). Puis, il y a celles qui permettent de comparer ces indicateurs à des références existantes (p. ex. bâtiment moyen français) et de moduler le cas échant l’impact par rapport au contexte local. Enfin, il y a celles qui permettent d’agréger ces indicateurs en score unique. En parallèle, les méthodes d’analyse d’incertitudes ou de sensibilité permettent de vérifier la stabilité des résultats en comparaison de variantes ou en évaluation de performances environnementales. Toutes ces méthodologies de mise en forme des résultats présentent des intérêts, des avantages et des limites. Il est donc nécessaire de les coupler afin de tirer le meilleur parti de leurs avantages. La nécessité de valeurs de référence, de facteurs de normation et de coefficients de pondération fait apparaître le besoin de consolider ces différentes valeurs en capitalisant un plus grand nombre d’informations. 515/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.4 Analyse des résultats 2.2 Démarches pour la communication des résultats d’une ACV
L’objectif de cette partie est de présenter les éléments indispensables à intégrer pour une communication des résultats d’une ACV. Si l’ACV doit être diffusé à grande échelle dans le secteur de la construction, il est important de tenir des exigences normative et règlementaire auxquelles sont soumis les acteurs et d’autre part d’adapter le rendu et le niveau de détails des résultats aux cibles (p. ex. maître d’ouvrage en phase programme, certificateur, etc.). La communication ou « reporting » des résultats ACV suit la phase d’interprétation. Elle comporte en général les éléments suivants :  Rapport ACV adapté à la cible (référentiel, acteur, phase du projet, « B to B » ou « B to C ») regroupant : o Les informations générales et données utiles sur l’objet de l’évaluation o Les choix méthodologiques (frontières, scénarios) en lien avec l’objectif de l’évaluation o Présentation des indicateurs ACV, selon un format de communication des résultats : complet, réduit, adapté et informations/repères pour la prise de décision le cas échéant  Export de l’étude complète (selon un format standardisé XML ou Excel cf. par exemple dans la règlementation thermique RT 2012 le fichier RSET)  Rapport de revue critique ou de vérification de l’étude ACV (pas d’obligation à l’heure actuelle) Dans certains cas, la communication des résultats peut tenir compte :  Du contexte normatif et règlementaire  Affichage des résultats personnalisé o Des priorités du projet ou du décideur (p. ex. pour l’affichage d’une note unique) 2.2.1 Edition d’un rapport ACV
L’objectif d’un rapport d’ACV est de fournir à la fois les résultats de la modélisation réalisée ainsi que les éléments contextuels favorisant leur interprétation. Le format adopté devra permettre la génération systématique d’un rapport d’ACV qui soit exploitable par un plus grand nombre et favorise la vérification des modélisations. Néanmoins, les besoins de chacun étant variables, tous les types d’information ne sont pas à considérer avec un même niveau de priorité. Rapport pour une Rapport pour une Rapport pour une communication à communication à communication en un public non un public praticien vue d’une praticien vérification Objectif de l’étude Périmètre de l’étude Informations détaillées sur les données utilisées Résultats de l’étude Interprétations Tableau 2: Suggestions sur les catégories d'information utiles selon le type de communication visé 516/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.4 Analyse des résultats 2.2.2 Démarche pour la vérification d’une étude ACV
L’éco‐conception et l’évaluation de la performance environnementale des bâtiments s’affirment jour après jour comme des démarches nécessaires pour remplir les objectifs fixés sur les enjeux énergétiques et environnementaux. Les outils d’ACV bâtiment permettent d’obtenir des résultats de plus en plus aisément mais la vérification de la démarche suivie et des hypothèses réalisées pour mener à ces résultats est encore difficile à envisager de façon systématique. Pour faciliter la vérification, une grille d’analyse est indispensable pour recenser les éléments qui doivent être validés pour assurer la conformité de la modélisation. Echelle Point de vérification Oui/non Le périmètre de l’ACV (contributeurs) est‐il clairement défini et respecté ? Projet La durée d’étude de référence est‐elle définie et justifiée ? La SHON (ou autre surface de référence du bâtiment) est‐elle correctement renseignée ? La typologie du bâtiment est‐elle correctement renseignée ? Bâtiment Le nombre d’occupants/usagers du bâtiment est‐il renseigné ? Par rapport à des valeurs de référence, les valeurs des indicateurs environnementaux à l’échelle du bâtiment sont‐elles cohérentes ? Le périmètre est‐il complet ? L’utilisation éventuelle de ratio pour certains lots est‐elle justifiée ? Les données environnementales associées sont‐elles pertinentes ? Composants Les quantités renseignées sont‐elles plausibles ? L’analyse des impacts environnementaux aux diverses échelles (contributeur – lot – composants) laisse‐t‐elle transparaitre d’éventuelles valeurs aberrantes ? Le périmètre est‐il complet (postes réglementaires et spécifiques) ? Les données environnementales associées à chaque type d’énergie sont‐elles pertinentes ? Energie Les quantités renseignées sont‐elles plausibles (/m² ou /bâtiment) ? L’analyse des impacts environnementaux du contributeur laisse‐t‐
elle transparaitre d’éventuelles valeurs aberrantes ? Les volumes d’eau consommée et rejetée sont‐ils plausibles? Eau Les données environnementales associées sont‐elles pertinentes ? Les données environnementales associées à chaque type de transport sont‐elles pertinentes ? Déplacement Les quantités renseignées sont‐elles plausibles ? L’analyse des impacts environnementaux du contributeur laisse‐t‐
elle transparaitre d’éventuelles valeurs aberrantes ? Les volumes de terres déplacés sont‐ils renseignés et plausibles ? Les données environnementales associées sont‐elles pertinentes ? Chantier Les autres quantités renseignées sont‐elles plausibles ? L’analyse des impacts environnementaux du contributeur laisse‐t‐
elle transparaitre d’éventuelles valeurs aberrantes ? Les données environnementales associées sont‐elles pertinentes ? Déchets Les quantités renseignées sont‐elles plausibles ? 517/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.4 Analyse des résultats L’analyse des impacts environnementaux du contributeur laisse‐t‐
elle transparaitre d’éventuelles valeurs aberrantes ? Tableau 3: Exemple de suggestion de points de vérification pour contrôler la cohérence de la modélisation réalisée Le Tableau 3 montre des exemples de questions à se poser pour vérifier la cohérence de la modélisation faite par un utilisateur. 2.2.3 Prise en compte du contexte normatif et réglementaire
Etat de l’art et définition : Cette section expose les exigences réglementaires (loi grenelle 2) et normatives (EN 15804, EN 15978, EN 15942 [46], ISO 14020 [47], ISO 14021 [48], ISO 14024 [49], ISO 14025 [50]) sur l’affichage et la communication de résultats d’évaluation environnementale. Elle ne fait en ce sens pas l’objet de nouveaux développements méthodologiques mais propose un inventaire des exigences et recommandations ainsi qu’une étude de l’adéquation de celles‐ci par rapport aux besoins des utilisateurs. De façon générale, toute ou partie de ces documents spécifie et décrit le format de communication des résultats obtenus dans le cadre des normes EN 15804 et EN 15978. Notamment, ces documents proposent un modèle générique pour le transfert d’informations (Matrice de transfert des informations). Pour résumer, les normes proposent une communication exhaustive de l’ensemble des indicateurs environnementaux selon les différentes étapes du cycle de vie (ou seulement l’étape de production pour les déclarations appliquées du berceau à la sortie d’usine). Les différentes parties constituant le format de communication sont :  Déclaration d’informations générales  Paramètres décrivant les impacts environnementaux  Paramètres décrivant l’utilisation des ressources énergétiques primaires  Paramètres décrivant l’utilisation de matières et ressources énergétiques secondaires et l’utilisation de l’eau  Informations environnementales complémentaires décrivant les catégories de déchets  Informations environnementales complémentaires décrivant les flux sortants  Scénarios et informations techniques  Informations complémentaires sur les émissions de substances dangereuses dans l’air intérieur, le sol et l’eau durant la période d’utilisation Suggestions : Nous pouvons voir que l’affichage proposé est souvent très complet et complexe à interpréter pour les plus néophytes de l’ACV. Les propositions de simplification de cet affichage est donc indispensable pour que les utilisateurs obtiennent des informations plus facilement exploitables en fonction de leur problématique quotidienne. Ainsi, les indicateurs définis dans le cadre de la loi grenelle 2 semblent parmi les plus aisément appréhendables par chacun :  Energie primaire non renouvelable (kWh/m2SHON/an)  Consommation d’eau (m3/m2SHON/an)  Changement climatique (kgéq CO2/m2SHON/an) 518/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.4 Analyse des résultats 
Déchets dangereux et non dangereux5 (kg/m2SHON/an) Pour un indicateur sur la consommation d’eau des bâtiments, l’unité utilisée pour l’expression des résultats a une forte influence sur leur interprétation (voir exemple ci‐dessous). Le nombre d’occupant est le paramètre le plus influant sur les résultats des consommations d’eau pendant la vie en œuvre d’un bâtiment. Exemple :
Consommation d’eau facturée pour un logement occupé par 2 adultes: 60 m3/an, i.e. 30 m3/an/eqhabitant, soit une consommation inférieure à la consommation moyenne en France qui est de
137 L/jour/eq-habitant (i.e. 50 m3/an/eq-habitant) d’après les données CIEau6.
Si nous considérons deux surfaces de logement différentes :
- cas 1 : le logement fait 40 m2SHON, alors la consommation est de 1,5 m3/an/m2SHON, soit une
valeur supérieure à la moyenne des bâtiments modélisés dans l’étude HQE Performance
[CSTB, 2013], i.e. 1,2 m3/m2SHON/an pour le logement collectif, et 0,9 m3/m2SHON/an pour la
maison individuelle;
-
cas 2 : le logement fait 120 m2SHON alors la consommation est de 0.5 m3/an/m2SHON, soit
une valeur inférieure à la moyenne des bâtiments modélisés dans l’étude HQE Performance
[CSTB, 2013];
Pour une même consommation d’eau, dans le cas d’un benchmarking, le bâtiment se voit pénalisé
pour le premier cas si on exprime les résultats par m2SHON (on peut même parler de « double
peine » car pour ce premier cas il s’agit d’un faible ratio surface / occupant).
Il est donc indispensable de tenir compte de l’ensemble des informations descriptives du bâtiment pour ne pas fausser l’interprétation. Cela est particulièrement valable pour les indicateurs d’impact fortement influencés par le comportement des occupants. La suggestion de réduction du set d’indicateurs est valable uniquement lorsque le contexte normatif et réglementaire est considéré afin de faciliter l’appropriation des résultats par un plus grand nombre et de centrer les efforts sur les thématiques d’intérêt. Il est cependant possible d’amener des informations supplémentaires à l’aide d’autres indicateurs mentionnés dans les normes. La pertinence des indicateurs est étudiée au travers de l’enquête dans la suite de ce rapport. 2.2.4 Affichage personnalisé des résultats pour un public non-expert
L’ensemble des éléments fournis dans cette partie donne un aperçu de solutions déjà mises en place. Nous recouperons par la suite avec les éléments émergeants de l’analyse des besoins déterminés au travers de l’enquête auprès des acteurs. 2.2.4.1 Affichage d’un indicateur de score unique
La partie 2.1 a permis de présenter les approches existantes pour la pondération et l’agrégation des résultats d’une ACV. Dans cette partie, nous abordons cet aspect sous un angle plus opérationnel et orienté « communication des résultats ». 5
Dont les inertes
CIEAU. Les chiffres de consommation d'eau en France, 2009b. Disponible sur :
http://www.eaufrance.fr/ressources/groupes-de-chiffres-cles/?id_article=468 (consulté en novembre 2013)
6
519/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.4 Analyse des résultats Etat de l’art et définition : L’agrégation d’indicateurs environnementaux est une voie de simplification de la lecture et de l’analyse des résultats d’ACV bâtiment en réduisant le nombre d’informations. En effet, les logiciels ELODIE (17 indicateurs selon NF P01‐010) et EQUER (12 indicateurs depuis EcoInvent) fournissent une information riche mais parfois difficile à interpréter pour les personnes moins expertes et avec peu de temps à accorder à cette analyse. Ainsi, l’agrégation de cette information pour en réduire le nombre est justifiée et soulève le paradoxe entre la complexité d’une étude multicritère fournissant un rendu synthétique. De par leurs définitions et leurs unités, les indicateurs environnementaux représentent une source d’informations multiples et disparates qu’il est nécessaire d’agréger de façon compréhensible et cohérente. Ainsi, le point important est de ne pas modifier l’interprétation et la prise de décision suite à cet assemblage : les conclusions doivent être les mêmes avant et après agrégation. Ainsi, dans une première approche comparative de variantes, l’utilisateur peut comparer les valeurs respectives de chacun des indicateurs. Si l’une des variantes est « meilleure » sur l’ensemble des indicateurs alors elle peut être considérée comme plus performante d’un point de vue environnemental. Cependant, si l’une des variantes est meilleure seulement sur certains indicateurs et moins sur d’autres, la conclusion n’est plus aussi évidente. Dans le second cas, deux options principales d’analyse peuvent être envisagées :  Soit par rapport à un objectif ou un scénario particulier pré‐défini par l’utilisateur (ex : concevoir un ouvrage avec la plus faible émission de CO2). L’exercice est donc réduit à une optimisation combinatoire classique dans laquelle l’évaluateur précise ainsi une priorité et limite ponctuellement son analyse à un seul critère bien que son affichage conserve l’aspect multicritère intrinsèque à la méthodologie ACV.  Soit un indicateur supplémentaire agrégé, déterminé en priorisant les indicateurs initiaux, est calculé. D’autres solutions d’optimisation combinatoire existent mais ne constituent pas des solutions aptes à répondre au besoin de réduction d’indicateurs traité dans cette section. Dans le second cas, ce calcul d’un nouvel indicateur agrégé est réalisé selon les étapes suivantes [30] :  L’évaluation de l’importance des différents indicateurs d’impacts environnementaux initiaux qui permet de déterminer les coefficients de pondération à appliquer.  Le calcul de l’indicateur agrégé. L’agrégation, si elle permet de gagner en clarté et lisibilité des résultats en proposant une nouvelle information, entraîne également une perte d’informations. La définition des coefficients de pondération peut être réalisée en considérant différents domaines (environnement, coût, social) et objectifs. Ainsi, ces coefficients peuvent être plus ou moins objectifs voire mêler objectivité et subjectivité en tenant compte de la réalité technique et scientifique mais aussi des contextes économiques et sociaux (donc appuyé par des décisions et orientations d’ordre politique). Un point important est la transparence de la méthode d’agrégation. L’agrégation peut être réalisée à deux niveaux :  Entre les différentes phases du cycle de vie pour un indicateur (déjà souvent réalisé directement dans les bases de données amont qui proposent un affichage phase par phase et un affichage total cycle de vie)  Entre indicateurs pour constituer un nouvel indice Evidemment, le couplage des deux voies est possible et constitue la solution la plus aboutie pour fournir un résultat synthétique. 520/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.4 Analyse des résultats Figure 8: Exemple d'étiquetage énergétique de menuiseries Bel'M [51] La Figure 8 fait apparaître un exemple d’étiquetage proposé avec agrégation pondérée des différentes phases du cycle de vie. Figure 9: Exemple d’indicateurs environnementaux considérés à chaque phase du cycle de vie pour obtenir les notes affichées sur la Figure 8 La Figure 9 donne le détail des indicateurs de performance environnementale pris en compte pour chaque phase. 521/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.4 Analyse des résultats Figure 10: Exemple de note environnementale globale d'une nuit d'hôtel issue de la pondération des indicateurs environnementaux affichés [52] La Figure 10 montre une note environnementale agrégée à partir de différents indicateurs environnementaux. Dans les deux exemples, les facteurs de pondération permettant l’agrégation n’ont volontairement pas été évoqués tant la méthodologie de détermination reste peu complète et motivée par certaines décisions arbitraires (ce qui ne signifie pas pour autant qu’elle soit mauvaise). De plus, ces étiquettes étant suggérées à titre expérimental, les rapports méthodologiques évoquent largement la nécessite d’amélioration. Au travers de ces exemples d’agrégation d’indicateurs environnementaux, nous pouvons voir l’intérêt porté à cette méthode pour rendre les résultats plus lisibles. De nombreux autres exemples pourraient être fournis dans différents domaines d’application. Suggestions : Nous avons cherché à proposer une méthodologie d’agrégation adaptée aux acteurs de la construction. Pour cela, et dans le cadre de ce projet, un exemple de définition de coefficients de pondération sera fait uniquement en tenant compte des besoins utilisateurs et en faisant abstraction :  Des contraintes socio‐économiques  De possible modulation via des considérations politiques La définition de coefficients intégrant ces contraintes n’est en effet pas du ressort d’un projet de recherche mais d’une consultation publique plus large avec une représentation exhaustive de l’ensemble des acteurs. Cette hypothèse, certes restrictive, permet de réaliser des études de variantes en comparant les résultats sur la base de notes globales et ainsi analyser la reproductibilité des conclusions avec une analyse des différents indicateurs. 522/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.4 Analyse des résultats 2.2.4.2 Affichage des indicateurs par classe
Etat de l’art et définition : Dans l’absolu, deux types d’affichage des résultats peuvent être confrontés ; l’un consistant à proposer la valeur absolue (ou brute) directement issue du calcul, l’autre un affichage simplifié basé sur des classes ou des niveaux de valeurs (les deux termes étant synonymes). Les experts ACV préfèrent avoir à leur disposition les valeurs absolues, se suffisant à elles‐mêmes grâce aux connaissances et au recul de ces personnes sur leur domaine. Néanmoins, pour bon nombre d’autres personnes n’ayant pas en tête d’ordres de grandeur classiquement obtenus, la mise en place d’un système de classes permet une communication et une interprétation des résultats grandement facilitées. Le système d’affichage par classe a déjà été mis en place pour l’étiquetage énergétique des appareils électro‐ménagers ou l’affichage du diagnostic de performance énergétique des bâtiments. Dans les deux cas, bien que pouvant engendrer une perte d’informations de la valeur brute (mais celle‐ci est généralement conservée), il permet de faciliter la communication des résultats à tout destinataire et de sensibiliser chacun. Dans le secteur de l’électroménager par exemple (pris comme exemple car plus ancien et donc avec un retour d’expérience plus complet), un tel affichage, agrémenté de mesures politiques incitatives, a participé à la réduction de 40 % de la consommation énergétique des réfrigérateurs et de 28 % pour les lave‐linges [53]. L’idée est donc d’adapter ce système pour l’affichage de la performance environnementale des bâtiments. Définition des classes : Le point délicat de la construction d’un système de classes réside dans le choix des valeurs de référence servant à calibrer les échelles. Les plages de valeurs doivent être différenciantes et ne pas pénaliser les prises d’initiative et démarches en fixant des objectifs atteignables (donc assez peu élevés hormis pour les classes les plus performantes qui devront grandement favoriser la recherche de solution innovante) qui pourront par la suite être valorisées. Paradoxalement, il est nécessaire que ces classes soient suffisamment étendues pour ne pas faire apparaître uniquement des variabilités dues à la méthodologie d’évaluation amont. L’échelle ne nécessite pas de présenter une évolution linéaire. Cette non‐linéarité permet notamment d’améliorer la sensibilité entre certaines classes. Les classes proposées doivent permettre de tenir compte des évolutions futures (techniques et technologiques) et donc des améliorations de performances. Pour cela, il est nécessaire :  Soit de proposer une échelle avec des classes très performantes qui seraient pas ou difficilement possible d’atteindre dans l’état actuel des solutions à disposition.  Soit d’ajouter de nouvelles classes par la suite, plus performantes, à l’image de l’ajout de classe A+ pour l’étiquette d’émissions dans l’air intérieur.  Soit de proposer une méthodologie d’actualisation de l’échelle (mais qui nécessite dès lors une actualisation des évaluations pour les repositionner dans cette nouvelle échelle). 523/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.4 Analyse des résultats Figure 11: Etiquette Energie sous forme d’échelle de classe du DPE (Diagnostic de Performance Energétique) dans le cadre de la directive européenne sur la performance énergétique des bâtiments [54] La Figure 11 fait apparaître un exemple d’échelle de classe non linéaire et déjà largement utilisée, celle du diagnostic de performance énergétique de la directive européenne sur la performance énergétique des bâtiments. Dans cet exemple, la largeur de chaque classe diminue de 20 kWhEP/m²/an de manière décroissante depuis la classe G à A. Cela permet d’obtenir une plus grande sensibilité pour les bâtiments énergétiquement performants. Un tel système d’affichage peut servir de support de communication pour définir des orientations politiques sur les questions thermiques et environnementales (objectif minimum pour la construction neuve, éco‐conditionnalités, etc.). Suggestions : Les classes peuvent être définies, en première approximation, à partir du retour d’expérience d’HQE Performance. Ce retour d’expérience doit toutefois être consolidé pour augmenter la robustesse des valeurs statistiques obtenues. L’agrégation de ces notes par indicateur pourra être réalisée en tenant compte des contraintes comme indiqué dans 2.1.2 et 2.2.4.1. Un outil a pu être développé par le CSTB et Bouygues Construction afin d’expérimenter cette approche sur des projets en interne. Le besoin de consolider les différentes valeurs utilisées limite les possibilités de diffusion de cet outil ainsi que la communication des valeurs. L’outil a néanmoins servi de base pour proposer un affichage d’étiquette du bâtiment en tenant compte des observations faites dans l’enquête auprès des acteurs (voir Figure 24 page 550). 524/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.4 Analyse des résultats 2.3 Les affichages proposés dans ELODIE et EQUER
Ce chapitre présente les solutions d’affichage adoptées par les deux outils avant le démarrage du projet BENEFIS. Cette présentation propose un focus rapide d’éléments déjà relevés dans le cadre de la tâche 2.3 Reproductibilité de ce projet. 2.3.1 ELODIE
Le logiciel ELODIE propose 17 indicateurs calculés selon la norme NF P01‐010. Ces indicateurs peuvent être visualisés directement dans le logiciel aux différentes échelles :  Projet  Ilôt  Bâtiment  Contributeur (Composants, Energie, Eau)  Et pour le contributeur composants : o Lots o Matériaux/produits Figure 12: Présentation de l'arborescence d'un projet sous ELODIE (gauche) et des indicateurs affichés en fonction de la sélection réalisée dans l'arborescence (droite) Cet affichage par niveaux permet de cibler les gros contributeurs pour chaque indicateur selon le principe des « poupées russes ». Cette analyse est de plus simplifiée par l’affichage de graphique pour visualiser aisément les parts relatives de chaque contributeur (Figure 13). 525/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.4 Analyse des résultats Figure 13: Visualisation graphique de la part relative de chaque contributeur pour l'indicateur Consommation de ressources énergétiques – Energie Primaire Totale L’expression de la valeur d’un indicateur peut être modifiée selon :  Période de calcul : o Total cycle de vie o Annuité  Unités de référence disponibles : o Sans unité relative o Surface Hors Œuvre Nette o Surface Habitable o Nombre d’occupants du bâtiment o Etc. Un graphique radar est aussi accessible pour la comparaison de bâtiments ou de variantes de bâtiment au sein d’un projet. Pour chaque indicateur, une normation est appliquée par rapport à la variante présentant la valeur la plus élevée. Ce graphique offre la possibilité de sélectionner les indicateurs et les contributeurs à prendre en compte dans l’analyse. Au‐delà de ces possibilités d’affichage dans le logiciel, un export Excel détaillé est possible. Ce document d’extraction des résultats propose un découpage phase par phase du cycle de vie des résultats à l’échelle bâtiment. Néanmoins, une limite subsiste dans l’interprétation de ce découpage car les données matériaux/produits utilisées ne fournissent pas toutes un tel détail d’information (limite qui sera comblée par les évolutions de la base de données elle‐même). 2.3.2 EQUER
Au début du projet BENEFIS, les bases de données d’impacts présentes dans novaEQUER sont ecoinvent 1996 et ecoinvent v2 de 2007 ainsi qu’une version de la base INIES complétée par des données dans les procédés ; calculées sur 12 impacts qui sont toujours les mêmes dans la bases ecoinvent v2 de 2010. Les résultats peuvent être présentés au niveau bâtiment ou quartier. La présentation des résultats de calculs dans novaEQUER est constituée d’un tableau qui reprend les étapes du cycle de vie et la valeur calculée pour chaque impact : 526/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.4 Analyse des résultats Figure 14: Tableau de présentation des résultats sous EQUER Ces données peuvent être exportées dans différents formats acceptés par les tableurs ou en HTML. Une autre présentation permet de constituer un graphique sous forme d’histogramme dans lequel on choisit les étapes du cycle de vie et les impacts que l’on souhaite afficher. Ces données comme toutes les données graphiques du logiciel peuvent être sauvegardées dans différents formats d’image bitmaps ou vectoriels. On peut également comparer les variantes entre elles selon plusieurs représentations :  radar standard : les frontières du radar sont constituées des valeurs maximales de toutes les variantes  radar avec référence : les frontières du radar sont constituées des valeurs de la variante de référence et les valeurs des autres variantes peuvent rester dans le radar (valeurs inférieures) ou en sortir (valeurs supérieures)  histogramme et selon divers critères : valeur absolue, par occupant, par m² de SHON… Figure 15: Illustration du radar de comparaison de variantes 527/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.4 Analyse des résultats Enfin, on peut visualiser les valeurs normalisés dans un graphique à histogramme ou chaque barre de valeur d’impact est découpée en étapes su cycle de vie ce qui permet de visualiser le poids de chacune de ces étapes pour chaque impact représenté : Figure 16: Illustration de la visualisation des résultats normalisés 2.4 Exemples de labels environnementaux existants et affichages associés
Cette section a pour objectif de présenter les référentiels de certification bâtiment les plus représentés à l’échelle internationale. Etant donné le champ d’étude du projet BENEFIS, un focus plus particulier sera réalisé sur l’affichage de résultats d’évaluation environnementale, qu’il soit qualitatif ou quantitatif. Bien que l’objectif du projet soit concentré sur l’Analyse de Cycle de Vie, nous procéderons à un rapide descriptif des autres thématiques abordées dans ces systèmes de certification. Chacun des référentiels de certification existants utilisent leurs propres règles de calcul pour évaluer la performance environnementale des bâtiments. Bien que l’état de l’art réalisé présente exclusivement les démarches pour la construction, tous ces référentiels de certification proposent des évaluations de l’exploitation. De même, nous proposons de dresser un état de l’art de l’affichage proposé ainsi que des règles de calcul et de pondération associées sans présenter exhaustivement l’ensemble de la démarche de certification. Figure 17: Répartition européenne des principales démarches de certification environnementale [55] 528/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.4 Analyse des résultats La Figure 17 montre la répartition européenne des principales démarches de certification environnementale justifiant l’intérêt d’analyser ces différents référentiels. Ces référentiels proposent de travailler à différents stades (projet, conception et réalisation) ainsi que pour trois sortes d’opération (construction neuve, rénovation et exploitation) avec des niveaux de complétude et d’exigences variables. Dans le cadre de cette étude, nous sommes uniquement intéressés par la construction neuve aux différents stades du projet. Les présentations qui suivent visent à cibler l’affichage proposé par les différents référentiels. Les points détaillés sur les méthodologies d’évaluation peuvent être consultés dans les guides d’application de ces référentiels cités par la suite. 2.4.1 BREEAM
Le British Research Establishment (BRE) développe depuis 1990 le référentiel de certification BREEAM (BRE Environmental Assessment Method) [19]. Il s’agit à ce jour de la démarche la plus ancienne et la plus suivie dans le monde. La démarche BREEAM couvre les 10 thèmes environnementaux suivants :  Gestion du projet  Santé & Bien‐être  Energie  Matériaux  Transports  Eau  Déchets  Aménagement du territoire et Ecologie  Pollution  Innovation (bonus) A chaque thématique du référentiel est associée une note sous forme d’un nombre d’étoile (de 0 à 6) correspondant à un nombre de points obtenus fonction des performances atteintes. Chaque catégorie est évaluée selon des méthodologies présentées en détails dans le référentiel et axées, selon le cas, sur une approche quantitative, descriptive ou orientée ambition. Un système de pondération (coefficients fournis sur la Figure 18) est ensuite mis en place pour agréger ces différentes notes et obtenir une note globale. La note finale est elle‐même classée en catégories (unclassified, acceptable, pass, good, very good, excellent, outstanding). 529/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.4 Analyse des résultats Figure 18: Exemple de notation par catégories, agrégation en note finale et correspondance avec les classes affichées sous forme d'étoiles dans le cadre du référentiel BREEAM La Figure 18 montre les informations agrégées classiquement communiquées suite à la démarche de certification dans le référentiel BREEAM. Des informations détaillées peuvent évidemment être obtenues pour chaque thématique environnementale mais les résultats mis en évidence sont les plus utilisés pour la communication. 2.4.2 LEED
L’USGBC (United States Green Building Council) développe depuis 1998 le référentiel de certification LEED (Leadership in Energy and Environmental Design) [24]. La démarche LEED évalue les ouvrages selon les macrocritères suivants:  Aménagement durable des sites  Localisation et Transport  Gestion de l’eau  Energie et Atmosphère  Matériaux et ressources  Qualité environnementale des intérieurs  Processus d’innovation et de conception (bonus)  Priorité régionale (bonus) Chacun des critères ci‐dessus se voit attribuer un nombre de points et la somme sur l’ensemble des critères fournit une note permettant de classer l’ouvrage dans une catégorie (certified, silver, gold, platinum). A nouveau, selon le critère considéré, l’approche d’évaluation peut être quantitative, descriptive ou orientée ambition mais dans des proportions différentes de précédemment. 530/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.4 Analyse des résultats Figure 19: Exemple de notation par catégories, agrégation en note finale et correspondance avec les classes affichées sous forme d'étoiles dans le cadre du référentiel LEED 2.4.3 DGNB
La DGNB (Deutsche Gesellschaft für Nachhaltiges Bauen e. V. : Comité allemand pour la construction durable) développe le référentiel de certification du même nom depuis 2008 [20]. Six familles de critères sont évaluées dans le cadre de ce référentiel:  Qualité écologique  Qualité économique  Qualité socioculturelle  Qualité technique  Qualité des procédés  Qualité du site Des coefficients de pondération sont appliqués à chacune de ces familles (hormis la qualité du site) pour déterminer la note globale du bâtiment et classer ainsi les projets dans un des trois niveaux (bronze, silver, gold). La famille Qualité écologique propose un calcul du bilan environnemental avec des EPDs (Environmental Product Declaration) dont les résultats sont affichés selon les indicateurs suivants :  Energie primaire et taux des énergies renouvelables  Energie primaire non‐renouvelable  Emission de CO2  Destruction de la couche d’ozone  Création d’ozone  Acidification des pluies  Emission de NOx L’ensemble de ces indicateurs est une fonction de la consommation d’énergie aux différentes phases du cycle de vie du bâtiment (construction, exploitation et démolition) et de l’énergie grise. D’autres indicateurs environnementaux sont considérés pour évaluer d’autres thématiques :  Risque pour l’environnement local  Impact sur l’environnement par l’utilisation du bois en œuvre  Besoin d’eau potable et génération d’eaux usées  Utilisation antérieure du terrain 531/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.4 Analyse des résultats 2.4.4 HQE
L’intérêt pour la qualité environnementale des bâtiments a vu le jour en France au début des années 1990 sous l’égide du Plan Construction Architecture [20]. Par la suite, les référentiels de certification HQE (Haute Qualité Environnementale) sont développés par trois certificateurs (Certivéa, Cerqual et Céquami) sous le contrôle de l’Association HQE (créée en 1996 et utilisant la marque HQE® déposée par l’Association des Industries de Produits de Construction (AIMCC)) depuis 2004 [19]. Le référentiel HQE est composé de 14 cibles classées selon 4 thèmes principaux :  Eco‐construction o Relation du bâtiment avec son environnement immédiat o Choix intégré des produits, systèmes et procédés de construction o Chantier à faibles nuisances (entretien/maintenance)  Eco‐gestion o Gestion de l’énergie o Gestion de l’eau o Gestion des déchets o Gestion de l’entretien et de la maintenance  Confort o Confort hygrothermique o Confort acoustique o Confort visuel o Confort olfactif  Santé o Qualité sanitaire des espaces o Qualité sanitaire de l’air o Qualité de l’eau En sortie, la certification propose un affichage du profil environnemental de l’ouvrage selon les 14 cibles ainsi qu’une note globale dans une échelle de classe (bon, très bon, excellent, exceptionnel) à travers le « passeport bâtiment durable » qui complète le profil environnemental depuis 2012. Le point commun entre les différents référentiels de certification exposés est de proposer un affichage environnemental (et pas seulement) qualitatif sur les moyens mis en œuvre pour une conception de l’ouvrage plus respectueuse de l’environnement. Néanmoins, aucune approche performantielle n’est évoquée afin de quantifier clairement les bénéfices potentiels. Pour cela, le calcul ACV est la méthodologie la plus aboutie d’évaluation, reconnue internationalement, mais nécessite de nombreuses optimisations dans l’affichage et l’aide à l’interprétation des résultats qu’elle fournit. 532/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.4 Analyse des résultats 3
LES POINTS CLES POUR UNE SORTIE DE RESULTATS
CORRESPONDANT AUX BESOINS DES ACTEURS
3.1 Une definition plus precise via une enquete sur les besoins
L’approche choisie pour préciser au mieux les suggestions d’affichage de résultats en fonction des besoins des acteurs est de mettre en place une enquête. 3.1.1 Objectif et méthodologie de structuration du questionnaire
L’objectif est de recueillir des informations sur les besoins des utilisateurs (existants ou futurs) en les questionnant directement. Pour ce faire, le questionnaire est divisé en cinq parties :  Qui êtes‐vous ?  Quels sont les informations générales essentielles à afficher pour comparer vos projets à l’échelle bâtiment ?  Quelle représentation des résultats d’ACV ?  Quelle agrégation des résultats (indicateurs d’impacts) d’une ACV bâtiment ?  Quelle étiquette ? Cela permettra de définir la meilleure adéquation entre le profil de l’utilisateur et l’affichage des résultats en les adaptant aux objectifs d’étude et aux besoins de communication. La section « Qui êtes‐vous ? » a pour objectif de caractériser la personne vis‐à‐vis de son intérêt pour l’ACV bâtiment, de ses objectifs d’étude et de sa compréhension en fonction de son niveau d’expérience. La partie suivante propose de référencer les informations « annexes » utiles à l’interprétation des résultats ACV. Ces informations peuvent par exemple permettre de déterminer l’équivalent fonctionnel du bâtiment à des fins de comparaison. La partie « Quelle représentation des résultats d’ACV ? » s’intéresse plus particulièrement à la mise en forme des résultats d’ACV en cherchant à comprendre les besoins des utilisateurs et leur compréhension et appréhension de l’existant. Cela doit permettre d’identifier les leviers d’amélioration et les points de blocage dans la diffusion massive de la pratique. Au‐delà de certaines questions générales sur les échelles d’affichage de décomposition du bâtiment et du cycle de vie, nous proposons aussi aux intéressés de prioriser une liste d’indicateurs en fonction de leurs besoins et habitudes. Ces priorités, corrélées aux caractéristiques des utilisateurs définis dans la première section, devraient permettre de clarifier les nécessités par rapport à des profils d’acteurs. Un focus plus particulier est fait sur l’agrégation des résultats dans la partie « Quelle agrégation/priorisation des résultats (indicateurs d’impacts) d’une ACV bâtiment ? ». L’objectif des questions proposées est d’identifier le besoin de simplifier la lecture des résultats ACV en réduisant ou priorisant l’information. La dernière section « Quelle étiquette ? » permet d’exposer quatre propositions d’affichage d’étiquette du bâtiment pour confronter les sondés à des exemples concrets. Nous proposons alors de classer ces différentes suggestions par ordre de préférence et, si possible, d’agrémenter ce classement par des remarques pour illustrer les voies d’amélioration ainsi que les points forts et points faibles de chaque proposition. 533/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.4 Analyse des résultats 3.1.2 Personnes visées
L’ensemble des acteurs de la construction est visé par cette enquête afin de recueillir un maximum d’informations en s’assurant de toucher différents métiers et de pouvoir mettre en place des propositions adéquates pour chacun. Douze activités ont ainsi été déterminées. Néanmoins, certaines activités peuvent être exercées dans différentes types de structure. Par exemple, une entreprise généraliste de construction peut regrouper la quasi‐totalité des activités proposées. Les questions suivantes (sur la taille et le nom de la structure) serviront à déterminer si, pour une même activité exercée dans des entreprises différentes, les besoins diffèrent ou non. Le questionnaire construit selon ces exigences peut être consulté en Annexe 1 ‐ Enquête sur les besoins des acteurs de la construction sur l’affichage et la mise en forme des résultats des Analyses de Cycle de Vie (ACV) bâtiment pour faciliter leur exploitation et interprétation. 3.2 Analyse des resultats de l’enquete
Les résultats présentés dans la suite du document ont été obtenus par diffusion via l’outil de sondage Google DriveTM entre le 15/07/2013 et le 10/02/2014. 126 réponses ont ainsi été collectées durant cette période et alimentent la suite de cette partie. Cette analyse constitue une mise à jour de celle exposée dans la précédente version du livrable. Au‐delà des questions sur la présentation des résultats d’ACV, l’enquête s’intéresse aussi au :  Profil général des participants  Connaissances des participants en ACV L’ensemble de l’analyse est valable pour le territoire français, cible géographique de cette enquête, mais peut potentiellement mener à des réflexions et des transferts pour d’autres pays. 3.2.1 Profils des participants
Cette section propose une analyse des profils des participants à cette enquête afin de la mettre en relation avec les besoins d’affichage des résultats examinés par la suite. Profession
Nombre de
réponses
Pourcentage
Bureau d’étude
33
27 %
Autres
14
11 %
Constructeur/Entreprise
14
11 %
Assistance à la maîtrise d’ouvrage
13
11 %
Recherche/Formation
11
9%
Industriels (équipements et matériaux de construction)
10
8%
Maîtrise d’œuvre
7
6%
Politique publique
6
5%
Maîtrise d’ouvrage
6
5%
Certificateur
4
3%
Architecte/Urbaniste/Paysagiste
3
2%
Economiste
1
1%
Assureur/Financeur
0
0%
Tableau 4: Professions exercées par les participants 534/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.4 Analyse des résultats Le Tableau 4 présente les différentes activités professionnelles au sein de l’échantillon sondé par l’enquête. Nous pouvons noter que la diffusion large du questionnaire par des listes de mail et de la communication au travers de plateformes Internet a permis de constituer un échantillon diversifié en terme de métiers. Néanmoins, 77 % de l’échantillon est concentré sur seulement six professions. Les analyses suivantes seront donc à relativiser par rapport à cette limite. Le prolongement de l’enquête dans le temps n’aura pas permis d’atteindre un plus grand nombre de personnes dans les professions les moins représentées. Taille d’entreprise
(nombre d’employés)
Nombre de réponses
Pourcentage
Pourcentage
cumulé
> 1000
28
23 %
23%
29 %
500 - 1000
7
6%
100 - 500
13
11 %
40 %
50 - 100
5
4%
44 %
< 50
68
56 %
100 %
Tableau 5: Tailles d'entreprise dans lesquelles les participants exercent Le Tableau 5 montre les tailles d’entreprise représentées dans notre échantillon. Les résultats font apparaître un pourcentage particulièrement élevé de petites structures (< 50 personnes). Ceci peut notamment s’expliquer par le pourcentage important de personnes travaillant dans des bureaux d’étude (Tableau 4), structures souvent de petites tailles. Cependant, ces résultats témoignent aussi de l’intérêt grandissant pour la pratique de l’ACV qui n’est plus restreinte aux grandes entreprises avec des moyens financiers importants et donc parfois légèrement en avance dans des démarches innovantes. Cet intérêt croissant est aussi confirmé par un taux de réponse positif de 92 % à la question « souhaitez‐vous être tenus informés des résultats de cette enquête ? ». Les résultats suivants caractérisent le niveau de connaissances et de pratique de l’ACV ainsi que le contexte d’utilisation de la méthode par les participants à l’enquête. Pourcentage
Niveau
d’expérience
pratique de
l’ACV
1
3%
1
24 %
2
23 %
2
21 %
3
28 %
3
22 %
4
31 %
4
21 %
5
15 %
5
11 %
Niveau de
connaissance
théorique en
ACV
Pourcentage
Tableau 6: Appréciation du niveau de connaissance théorique et d’expérience pratique estimés par les participants sur une échelle de 1 (faible) à 5 (élevée) Le Tableau 6 donne les résultats d’auto‐évaluation des niveaux de connaissances théoriques et d’expérience pratique des sondés sur une échelle de 1 à 5. Ces résultats démontrent une pratique encore marginale (45 % de réponses en niveau 1 ou 2) malgré une majorité de participants estimant avoir de bonnes connaissances théoriques (niveau entre 3 et 5). Cela peut s’expliquer par une participation importante de personnes travaillant sur l’étude de faisabilité, la définition normative, le développement méthodologique ou la réalisation de benchmark pour l’aide à la décision et la définition de politique publique mais qui ne pratiquent pas régulièrement. Cependant, étant donnée notre objectif de simplification de l’interprétation, une haute expérience pratique n’est pas primordiale pour mener à des observations constructives. 535/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.4 Analyse des résultats Nombre de
modélisations ACV
réalisées
Pourcentage
Nombre de
rapports ACV lus
Pourcentage
Aucune
26 %
Aucune
25 %
1-5
41 %
1-5
45 %
5-10
16 %
5-10
15 %
10-30
12 %
10-30
7%
Plus de 30
6%
Plus de 30
8%
Quelle échelle
d’étude ?
Pourcentage
Quelle échelle
d’étude ?
Pourcentage
ACV produit
29 %
ACV produit
35 %
ACV bâtiment
61 %
ACV bâtiment
51 %
ACV quartier
4%
ACV quartier
5%
ACV procédé
6%
ACV procédé
9%
Tableau 7: Quantification de l’expérience pratique au cours des 3 dernières années en fonction du nombre d’ACV réalisées (gauche) et de rapports lus (droite) ainsi que l’échelle considérée dans chaque cas Le Tableau 7 offre une vision quantitative de l’expérience pratique en ACV au cours des trois dernières années. Ces résultats confirment la précédente observation sur une pratique assez limitée des participants. A la question, « estimez‐vous être capable de comprendre et d’exploiter les résultats d’une ACV bâtiment ? », 48 % des participants répondent OUI ce qui amène à penser que :  La moitié environ des participants donneront des pistes de réflexion pertinentes grâce à leur expertise et leur compréhension des résultats et des points délicats.  Tandis que l’autre moitié soulignera, en dépit d’une capacité d’analyse des résultats moindre, les pistes d’amélioration qui leur semblent nécessaires en sachant ce qui les bloque. Ainsi, l’échantillon constitué semble robuste et cohérent par rapport à nos objectifs d’investigation de pistes de simplification de la lecture des résultats de l’ACV bâtiment. En tenant compte, des résultats obtenus dans le Tableau 6 et le Tableau 7, il est possible de mettre en place des règles de calcul pour obtenir une note agrégée caractérisant le niveau d’expertise des participants. Ainsi, en déclarant : _
:
_
_
:
é
:
_
é
:
é
é
é _
: é
1
_
: é
2
Puis, en considérant les indicateurs suivant : _
_
:
é
536/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.4 Analyse des résultats 3
_
:
_
é
La multiplication par trois du nombre de modélisations vis‐à‐vis du nombre de rapports lus permet de valoriser de façon plus importante la réalisation d’analyse de cycle de vie plutôt qu’une simple analyse des résultats a posteriori. Nous appliquons ensuite les comparaisons et conditions suivantes : 7
_
1
_
0 10
1
_
_
0 Finalement, en réalisant la somme des deux résultats des tests logiques : _
_
1→
_
_
0 →
_
_
2 →
′
′
é
Notre échantillon de 126 participants peut alors être décomposé en :  41 participants avec un fort niveau d’expertise (33 %)  21 participants avec un niveau d’expertise intermédiaire (17 %)  64 participants avec un faible niveau d’expertise (50 %) Cette séparation en trois groupes confirme les observations précédentes sur la division en deux de l’échantillon entre personnes novices et personnes plus ou moins expérimentées. Ces trois groupes permettront d’étudier : 

La modification possible de nos interprétations d’un groupe à l’autre La modification possible de nos interprétations d’un groupe par rapport à l’échantillon total Finalement, pour terminer l’étude des profils d’utilisateur, une question porte sur l’objectif des acteurs lors de la mise en place d’une étude ACV. La possibilité est donnée aux participants de cocher plusieurs réponses. 537/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.4 Analyse des résultats Nombre de
réponses
Pourcentage par
rapport au nombre
total de réponse
Pourcentage de
participants ayant
choisi cet objectif
28
6%
22 %
Eco-conception (comparaison de
variantes/aide à la décision sur un projet)
86
19 %
68 %
Eco-conception (améliorer le projet en vue de
garantir/viser une performance)
47
10 %
37 %
Eco-conception (tester une innovation/une
nouvelle solution technique)
36
8%
29 %
Eco-conception (optimiser un projet dans un
contexte donné)
40
9%
32 %
53
12 %
42 %
29
6%
23 %
27
6%
21 %
54
12 %
43 %
51
11 %
40 %
Objectif de la pratique
Définition d'une stratégie
Aide à la décision
Communication interne
Vérifier l'atteinte de performances
Certification ou label à caractère
environnemental
Affichage environnemental
Tableau 8: Objectif de l'utilisation d'outil d'ACV bâtiment Le Tableau 8 fait apparaître les objectifs motivant l’utilisation de l’ACV bâtiment pour les participants. L’objectif le mieux représenté est l’éco‐conception (comparaison de variantes/aide à la décision sur un projet). Néanmoins, avec un pourcentage de 21 % des participants, la vérification d’atteinte de performances est l’objectif le moins sollicité sans pour autant être marginal. 3.2.2 Quels indicateurs (et leur représentation) et à quelles échelles ?
Une liste de thématiques environnementales est proposée, recensant les plus communément rencontrées dans les outils, et pour chaque thématique, les participants doivent prioriser sur une échelle de 1 à 4 (1 : inutile, 2 : peu prioritaire ou informatif, 3 : moyennement prioritaire, 4 : très prioritaire ou incontournable). Plusieurs thématiques peuvent donc se retrouver à égalité avec un même niveau de priorité. 538/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.4 Analyse des résultats er
Thématiques
environnementales
1 ordre de
priorité le
plus
représenté
(pourcentage)
2d ordre de
priorité le
plus
représenté
(pourcentage)
3e ordre de
priorité le
plus
représenté
(pourcentage)
4e ordre de
priorité le
plus
représenté
(pourcentage)
Facteurs de
pondération
considérant
les 1er et 2d
ordres de
priorité
Facteurs de
pondération
considérant
tous les
ordres
Energie primaire totale
4 (78 %)
3 (13 %)
2 (7 %)
1 (2 %)
0,88
0,92
Energie renouvelable
4 (55 %)
3 (34 %)
2 (10 %)
1 (2 %)
0,81
0,86
4 (61 %)
3 (27 %)
2 (8 %)
1 (1%)
0,81
0,86
4 (57 %)
3 (34 %)
2 (7 %)
1 (1 %)
0,83
0,87
Consommation d’eau
4 (64 %)
3 (28 %)
2 (8 %)
1 (0 %)
0,85
0,89
Déchets radioactifs
3 (35 %)
2 (34 %)
4 (22 %)
1 (10 %)
0,43
0,68
3 (50 %)
4 (38 %)
2 (12 %)
1 (0 %)
0,76
0,82
4 (79 %)
3 (12 %)
2 (7 %)
1 (3 %)
0,88
0,92
2 (40 %)
3 (36 %)
4 (15 %)
1 (9 %)
0,47
0,64
Pollution de l’air
3 (43 %)
4 (30 %)
2 (21 %)
1 (7 %)
0,62
0,75
Pollution de l’eau
3 (41 %)
4 (32 %)
2 (20 %)
1 (6 %)
0,63
0,74
2 (44 %)
3 (33 %)
4 (13 %)
1 (10 %)
0,47
0,62
3 (43 %)
2 (32 %)
4 (16 %)
1 (10 %)
0,48
0,67
Eutrophisation
3 (35 %)
2 (35 %)
4 (16 %)
1 (14 %)
0,44
0,63
Biodiversité
4 (34 %)
3 (34 %)
2 (28 %)
1 (5 %)
0,60
0,75
Utilisation des sols
2 (39 %)
3 (35 %)
4 (19 %)
1 (7 %)
0,46
0,67
Ecotoxicité
2 (37 %)
4 (28 %)
3 (25 %)
1 (10 %)
0,47
0,68
Toxicité humaine
4 (36 %)
2 (34 %)
3 (24 %)
1 (6 %)
0,53
0,73
Energie nonrenouvelable
Epuisement des
ressources
Déchets (sauf
radioactifs)
Changement climatique
Acidification
atmosphérique
Formation d’ozone
photochimique
Destruction de la couche
d’ozone stratosphérique
Tableau 9: Priorisation des thématiques environnementales Le Tableau 9 donne les résultats de priorisation des différentes thématiques environnementales proposées. Ce système de classement peut potentiellement être utilisé pour déterminer un système de pondération des indicateurs tenant compte des besoins des utilisateurs. Des jeux de coefficient de pondération sont fournis à titre d’exemple dans le Tableau 9. Ces facteurs sont calculés de la manière suivante : ∑
Où: 4
Wi:coefficientdepondérationdelathématiquei
j∈ 1;4 Rj:noteduclassementj
Pj:pourcentageduclassementj
Cela revient à réaliser une moyenne pondérée pour chaque thématique puis à la normer par la note maximale qui aurait pu être obtenue à savoir 4. Deux jeux de coefficient ont été déterminés :  L’un considérant uniquement les 1er et 2d ordres de priorité 539/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.4 Analyse des résultats 
L’autre considérant tous les ordres Les deux cas ont été déterminés arbitrairement ainsi que la méthode de calcul. Bien d’autres solutions peuvent être envisagées. Néanmoins, il est important de noter les modifications non négligeables induites par une modification de méthodologie (en l’occurrence, uniquement sur le nombre d’ordres considérés dans ce cas) ce qui justifie le travail consciencieux à mener sur cette problématique pour aboutir à une note unique. Thématiques
environnementales
Facteurs de
pondération
considérant tous les
ordres
(TOUS)
Facteurs de
pondération
considérant tous les
ordres
(FORT)
Facteurs de
pondération
considérant tous les
ordres
(INTERMEDIAIRE)
Facteurs de
pondération
considérant tous les
ordres
(FAIBLE)
Energie primaire totale
0,92
0,85
0,88
0,84
Energie renouvelable
0,86
0,80
0,82
0,76
Energie non-renouvelable
0,86
0,93
0,75
0,72
Epuisement des
ressources
0,87
0,85
0,80
0,76
Consommation d’eau
0,89
0,93
0,57
0,78
Déchets radioactifs
0,68
0,62
0,61
0,59
Déchets (sauf radioactifs)
0,82
0,84
0,76
0,71
Changement climatique
0,92
0,96
0,92
0,75
Acidification
atmosphérique
0,64
0,65
0,45
0,50
Pollution de l’air
0,75
0,62
0,77
0,67
Pollution de l’eau
0,74
0,63
0,75
0,68
0,62
0,59
0,62
0,56
0,67
0,59
0,61
0,60
Formation d’ozone
photochimique
Destruction de la couche
d’ozone stratosphérique
Eutrophisation
0,63
0,60
0,56
0,55
Biodiversité
0,75
0,71
0,69
0,64
Utilisation des sols
0,67
0,63
0,57
0,55
Ecotoxicité
0,68
0,62
0,61
0,60
Toxicité humaine
0,73
0,61
0,71
0,70
Facteur max
0,92
0,96
0,92
0,84
Facteur min
0,62
0,59
0,56
0,50
Ecart entre facteur max et
facteur min
0,30
0,37
0,36
0,34
Tableau 10: Facteurs de pondération des thématiques environnementales pour l’ensemble de l’échantillon et par catégorie d’expertise d’utilisateurs FORT (35 participants avec un fort niveau d’expertise) ; INTERMEDIAIRE (14 participants avec un niveau d’expertise intermédiaire) et FAIBLE (43 participants avec un faible niveau d’expertise) ; en vert : valeur la plus haute / en rouge : valeur la plus basse Le Tableau 10 permet d’apprécier les différences de positionnement selon le niveau d’expertise des utilisateurs sur la classification des thématiques. Il est intéressant de remarquer des différentiations plus nettes entre indicateurs lorsque le niveau d’expertise augmente (augmentation de l’écart entre max et min). Néanmoins, nous remarquons aussi une augmentation de l’ensemble des valeurs des facteurs avec le niveau d’expertise qui peut s’expliquer par une meilleure appréhension des différentes catégories d’impact. Cette appréhension des différents indicateurs se traduit notamment par une bonne compréhension d’un profil multicritère et un besoin de conserver une information exhaustive. 540/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.4 Analyse des résultats La Figure 20 propose un jeu de thématique environnementale restreint pour limiter certaines redondances sur les indicateurs énergétiques et en proposer un nombre raisonnable. Figure 20: Représentation graphique des facteurs de pondération déterminés par la consultation La Figure 20 met en avant un groupe d’indicateurs préférentiellement sollicités. Il est toutefois important de rappeler que les valeurs de pondération des thématiques les moins demandées restent élevées et soulignent un intérêt général assez important pour toutes les thématiques. A titre de comparaison, nous pouvons mettre en perspective les cinq indicateurs les plus sollicités par les participants (issu de la Figure 20) à cette enquête avec les cinq indicateurs mis en avant par des systèmes de pondération existants (The Green Guide to Specification et Eco‐Indicator 99 [Egalitarian perspective]). Ces observations sont fournies dans le Tableau 11. La variabilité des thématiques priorisées démontrent la criticité du sujet, ces différences de pondération pouvant amener à des prises de décision divergentes. Néanmoins, la récurrence de certains thèmes environnementaux dans ce tableau souligne une cohérence entre les systèmes de pondération experts et la consultation des acteurs. Ordre de
pondération
1
Catégorie d'impact
environnemental par ordre
de pondération établi par la
consultation des acteurs
dans BENEFIS
Changement climatique
Catégorie d'impact
environnemental par ordre
de pondération utilisé dans
The Green Guide to
Specification
Catégorie d'impact
environnemental par ordre
de pondération utilisé dans
Eco-indicator 99
(Egalitarian perspective)
Changement climatique
Utilisation des sols
2
Consommation d'eau totale
Epuisement de la ressource
eau
Effets respiratoires
provoqués par les
substances non-organiques
3
Energie non-renouvelable
Utilisation de ressources
minérales
Epuisement de ressources
abiotiques fossiles
4
Déchets (tous sauf
radioactif)
Destruction de la couche
d'ozone stratosphérique
Ecotoxicité
5
Pollution de l'eau
Toxicité humaine
Changement climatique
Tableau 11: Comparaison des ordres de pondération entre consultation des acteurs et systèmes de pondération existants 541/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.4 Analyse des résultats Pour compléter la question précédente, les participants ont pu livrer leur opinion sur la représentation des résultats parmi trois solutions proposes:  Valeur brute par unité de SHON par an. Ex: EPT = 60 kWh.mSHON‐2.an‐1  Valeur normée représentant un écart relatif à une valeur cible. Ex: si EPR cible = 50 kWh.mSHON‐2.an‐1 alors ETP = 1,2  Valeur classée positionnant la performance dans une échelle de notation. Ex: EPT = B (En considérant : A ∈ [0;50] kWh.mSHON‐2.an‐1 ; B ∈ [0;100] kWh.mSHON‐2.an‐1 …) Ces trois options sont les plus souvent rencontrées dans la littérature et les outils existants. En particulier, le système d’échelle de notation est déjà appliqué pour la valoriser la performance énergétique des bâtiments. Les participants ont le choix de donner des réponses multiples à cette question. Option de représentation
Valeur brute
Valeur normée ou normalisée
Classe
Pourcentage de
participants ayant choisi
cette option
62 %
81 %
51 %
Pourcentage par rapport
au nombre total de
réponses
32 %
42 %
26 %
Tableau 12: Choix de l'option de représentation Le Tableau 12 fournit les pourcentages de réponse pour chaque option proposée. La valeur normée apparaît comme la solution d’affichage la plus sollicitée. En effet, cette solution offre un moyen rapide et facile de situer un projet par rapport à des valeurs de référence. Néanmoins, il est important de souligner que l’ensemble des solutions est fortement demandé (à la majorité même pour la solution le moins choisie), mettant en avant le besoin de souplesse des outils pour rapidement passer de l’une à l’autre en fonction des objectifs de l’utilisateur. En effet, le choix de la solution est étroitement lié à la valorisation aval qui est visée corrélée au niveau de connaissance du praticien ainsi que de la personne à qui s’adresse l’affichage. Echelle de description du bâtiment
Pourcentage
ayant choisi
cette option
Niveau de détail du cycle
de vie
Pourcentage
ayant choisi
cette option
Matériaux/produits pris individuellement
58 %
Phase production
41 %
61 %
Phase construction
43 %
56 %
Phase utilisation
45 %
43 %
Phase fin de vie
31 %
Ensembles constructifs (= ensemble d'éléments de
diverses spécialités regroupés sous une
même entité fonctionnelle e.g. façades, planchers,
toitures, réseau électrique...)
Lots architecturaux et techniques (= spécialités
correspondant à un ensemble homogène de
travaux et à un marché e.g. fondations, cloisonnement,
revêtements intérieurs, CVC, etc. tels qu'ils
apparaissent dans les CCTP)
Familles de contributeurs (Matériaux/produits de
construction, services liés à l'énergie, services
liés à l'eau, chantier...)
Parties d'un bâtiment multi-usages (selon leur usage)
33 %
Bâtiment(s) dans son (leur) ensemble
69 %
Cycle de vie complet
(agrégation des 4 phases
précédentes)
Au-delà du cycle de vie:
possibilités de
réutilisation, récupération
et/ou recyclage
69 %
57 %
Tableau 13: Quelle échelle de description du bâtiment et niveau de détail du cycle de vie intéressés les acteurs Le Tableau 13 présente l’intérêt des acteurs pour les échelles d’analyse qui peuvent/doivent être mises en avant. Le besoin de souplesse est encore une fois souligné avec des taux de réponse élevés pour différentes solutions. Cet intérêt pour les différents niveaux d’analyse est en accord avec la diversité d’objectifs visés soulignée précédemment (Tableau 8). 542/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.4 Analyse des résultats Néanmoins, il est intéressant de noter une attention plus particulière portée pour l’échelle bâtiment et le cycle de vie complet, mettant en avant la compréhension des acteurs sur l’aspect intégrateur et holistique de la méthodologie. 3.2.3 Systèmes d’agrégation et de pondération
Comme précisé dans 2.1.1.1, la normation (ou normalisation) est une étape préliminaire à la pondération puis l’agrégation. L’une des questions précédentes a mis en avant l’intérêt des acteurs à voir apparaître les résultats d’ACV bâtiment sous la forme d’indicateurs normés (80 % de réponse positive, cf. Tableau 12). La question suivante propose de se focaliser sur les facteurs de normation à mettre à disposition dans les outils. Deux choix sont soumis au travers de deux questions :  L’un proposant un système de personnalisation de l’ensemble des facteurs par l’utilisateur  L’autre consistant à mettre à disposition des facteurs par défaut. Le cas envisageant la mise en place de facteurs selon une analyse croisée entre les aspects scientifiques et politiques n’est pas mentionné car il n’est plus du ressort des utilisateurs mais serait automatiquement à considérer en fonction de normes et de réglementations. Système de
personnalisation des
facteurs de normation
Pourcentage
Facteurs de
normation par défaut
Pourcentage
OUI
57 %
OUI
62 %
NON
43 %
NON
38 %
Tableau 14: Quels facteurs de normation mettre à disposition Le Tableau 14 expose les réponses obtenues aux deux questions. Les deux options proposées sont adoptées à la majorité. L’idée pourrait donc consister à fournir des facteurs par défaut, a minima, sur lesquels l’utilisateur garderait la main si besoin est. L’agrégation suit, optionnellement, cette étape de normation pour mener à un résultat selon un score unique. Intérêt pour
l’affichage
d’un score
unique
Pourcentage
Système de
personnalisation
des coefficients
de pondération
Pourcentage
Coefficients
de
pondération
par défaut
Pourcentage
OUI
56 %
OUI
51 %
OUI
55 %
NON
44 %
NON
49 %
NON
45 %
Tableau 15: Intérêt de la note unique et set de coefficients de pondération
Le Tableau 15 montre l’intérêt témoigné pour l’affichage d’un score unique pour l’ACV d’un bâtiment. Cependant, bien qu’approuvé majoritairement, cette solution de mise en forme est loin de faire l’unanimité. Cela peut s’expliquer par une bonne représentation d’acteurs experts parmi les participants qui ne souhaitent pas occulter l’intérêt du multicritère en réduisant les résultats à un score unique. La proposition de coefficients de pondération par défaut (pouvant potentiellement être basés sur l’analyse des besoins utilisateurs a minima, cf. Tableau 9) semble légèrement plus sollicitée que la solution via un système de personnalisation. A nouveau, l’idée pourrait donc consister à fournir des facteurs par défaut sur lesquels l’utilisateur garderait la main si besoin est. 543/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.4 Analyse des résultats 3.2.4 Informations complémentaires
La pratique classique de la filière construction répertorie des informations courantes et communes (telles que la typologie, la SHON, le système constructif, etc.) pour caractériser un projet quel que soit le type de document. Pourtant, de nombreuses autres informations existent mais sont souvent restreintes à des documents ou des échanges entre acteurs plus spécialisés sur une thématique. Certaines de ces informations pourraient s’avérer intéressantes pour évaluer ou mettre en perspective des projets d’un point de vue environnemental. Pourcentage
de OUI
Nombre
d’occupants
Qualité
de l’air
intérieur
Coût du projet en
investissement
(hors-foncier)
Coût
d’utilisation et
de
maintenance
Confort
hygrothermique
Confort
acoustique
Confort
visuel
93 %
82 %
75 %
73 %
69 %
65 %
58 %
Tableau 16: Intérêt dans les informations complémentaires pour juger les résultats d'une ACV bâtiment Le Tableau 16 fournit le taux de pertinence d’informations complémentaires proposées arbitrairement parmi des thématiques récurrents au secteur du bâtiment durable. Toutes ces propositions ont été jugées pertinentes à la majorité et certaines avec des pourcentages très élevés. En particulier, les deux premiers critères proposés (nombre d’occupants et qualité de l’air intérieur) semblent quasi‐indispensables. Le nombre d’occupants est un élément donnant un renseignement ciblé sur le service rendu par le bâtiment ; dès lors, il permet de relativiser l’impact environnemental par rapport au nombre d’habitants d’un logement par exemple. La qualité de l’air intérieur est quant à elle une préoccupation majeure dans le bâtiment. Un champ libre est proposé pour ajouter des compléments aux critères proposés. Ainsi, parmi les informations potentiellement intéressantes, les participants ont aussi mentionné :  Accessibilité  Intensité sociale  Utilisation de ressource locale  Recyclabilité, facilité de démontage/potentiel de réutilisation‐revalorisation  Coefficient de forme/taille  Incertitudes  Coût global  Hypothèses de calcul 3.2.5 Confrontation avec des solutions d’affichage
La dernière étape du questionnaire consiste à confronter les participants à des propositions d’étiquette pour communiquer sur la performance environnementale du bâtiment. Ce format d’affichage est plus spécifiquement orienté vers la communication et la valorisation. Les documents martyrs proposés ont été établis selon la vision subjective des partenaires du projet et doivent servir de levier à la réflexion sans aucune autre ambition. Il est demandé de classer chacune des quatre étiquettes par ordre de préférence sur une échelle de 1 (la plus appréciée) à 4 (la moins appréciée). Des champs libres pour noter les points forts, les points faibles et ajouter tout autre commentaire sont aussi accessibles. 544/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.4 Analyse des résultats 1 (la plus appréciée)
2
3
4 (la moins appréciée)
Classement moyen
Etiquette 1
50 %
19 %
19 %
11 %
1,89
Etiquette 2
13 %
31 %
29 %
27 %
2,70
Etiquette 3
3%
18 %
34 %
46 %
3,25
Etiquette 4
39 %
32 %
16 %
13 %
2,03
Tableau 17: Classements obtenus pour chacune des quatre étiquettes et classement moyen Le Tableau 17 présente les classements obtenus et le classement moyen pondéré par le taux de réponse. En regardant uniquement le classement premier, la proposition 1 arrive en tête tandis que l’étiquette 4 est légèrement devant si nous considérons le classement moyen. Néanmoins, le point important à retenir est que les propositions 1 et 4 arrivent nettement en tête. Dans le cadre de cette analyse de résultats, nous allons regarder plus précisément les deux propositions ayant été jugées comme plus pertinentes ainsi que les points forts notés sur les deux autres propositions qui pourraient permettre d’améliorer les deux modèles les plus intéressants. Etiquette 1 : Figure 21: Etiquette 1 Les points forts évoqués pour l’étiquette 1 (Figure 21) sont :  Le rappel avec un visuel connu pour l’étiquette énergétique et son affichage par classe  La conservation des valeurs brutes  L’affichage d’une note globale Cependant, ces mêmes points sont aussi parfois avancés comme points négatifs pour les raisons suivantes :  La confusion avec l’étiquette énergie  Les valeurs brutes sont peu parlantes pour les moins experts  L’affichage d’une note unique fait perdre l’aspect multicritère intrinsèque à la méthode 545/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.4 Analyse des résultats Etiquette 4 : Figure 22: Etiquette 4 Les points forts évoqués pour l’étiquette 4 (Figure 22) sont :  Le graphique radar pour une comparaison rapide par rapport à une référence 546/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.4 Analyse des résultats Points forts des étiquettes 2 et 3 : Figure 23: Etiquette 2 (gauche) et 3 (droite) Parmi les points forts mentionnés à propos des étiquettes 2 et 3, nous pouvons lister :  L’aspect très synthétique de l’étiquette 2  mais finalement peut‐être trop opaque, sans aucune valeur  Le découpage par phase de l’étiquette 3  seule étiquette à faire apparaître cette information Autres remarques : De surcroit, d’autres éléments particulièrement pertinents ont été avancés de façon générale sur l’ensemble des étiquettes proposées :  La nécessité de la mention d’une vérification tierce partie, s’il y a lieu.  Les questions à se poser sur la validité de données statiques (définition des classes, bâtiment de référence, etc.) qui ne valorisera pas clairement les évolutions techniques et technologiques. Ainsi, faire apparaître des valeurs brutes contourne ce problème. Dans le cas où des bâtiments de référence sont utilisés, il est nécessaire de préciser ce qu’il est.  La note globale, malgré les limites soulignées, peut être intéressante mais devrait permettre de la situer par rapport à la moyenne des bâtiments et ainsi faire apparaître le gain.  Certains proposent d’associer deux étiquettes pour constituer le format de communication. L’étiquette 1 serait la vision synthétique et au verso (par exemple), l’étiquette 3 permettrait d’aller dans le détail si besoin.  La rubrique point notable n’a pas souvent été jugée pertinente bien que certains participants y voient un moyen intéressant de communiquer un résumé de l’analyse qui peut être faite aux non‐
initiés. 547/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.4 Analyse des résultats Globalement, il est important de noter la difficulté de trouver une solution satisfaisante pour l’ensemble des acteurs et leurs objectifs divers. Nous pouvons, par exemple, noter les remarques parfois contradictoires avec des utilisateurs souhaitant un affichage plus synthétique et d’autres un affichage plus riche en informations et chiffres. Finalement, nous tenons aussi à mettre en avant des remarques positives soulignant l’intérêt des participants pour « vulgariser » les résultats de l’ACV bâtiment ce qui confirme la nécessité de ces travaux et leur pertinence. 4
SUGGESTIONS ET EXEMPLES DE REALISATION
Ce chapitre repose sur les résultats obtenus dans l’ensemble de la tâche pour proposer des suggestions sur la sortie des logiciels d’ACV bâtiment pour un affichage des résultats approprié aux acteurs. Des exemples sont fournis en fonction des objectifs poursuivis. 4.1 Suggestions pour l’exploitation détaillée des résultats
Nous allons recenser dans cette section les points les plus importants mis en évidence au cours de cette tâche en synthétisant à la fois les points méthodologiques évoqués et les besoins notés dans l’enquête. Chaque méthode permet d’apporter des éléments d’interprétation des résultats. Comme elles sont complémentaires, nous recommandons, si cela est possible, de les utiliser de manière « intégrée » dans les outils en partageant les valeurs par défaut pour améliorer la reproductibilité des résultats en sortie des outils. En effet, il y a des méthodes qui permettent de hiérarchiser les indicateurs et de ne retenir que des 4‐5 indicateurs clés (normalisation, méthodes statistiques). Puis, il y a celles qui permettent de comparer ces indicateurs à des références existantes (p. ex. bâtiment moyen français) et de moduler le cas échant l’impact par rapport au contexte local. Enfin, il y a celles qui permettent d’agréger ces indicateurs en score unique. En parallèle les méthodes d’analyse d’incertitudes ou de sensibilité permettent de vérifier la stabilité des résultats en comparaison de variantes ou en évaluation de performances environnementales. De plus, selon l’exploitation des résultats de l’enquête, il semble évident que les solutions d’affichage à mettre à disposition des utilisateurs des outils d’ACV bâtiment sont tout aussi variées que les profils de ces utilisateurs. Pour cela, il ressort donc la nécessité d’offrir des voies de configuration/personnalisation de l’affichage des résultats dans les outils. 548/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.4 Analyse des résultats Nous suggérons des options d’affichage utiles selon le niveau de connaissance en ACV de la personne : Niveau faible Niveau intermédiaire Niveau Fort Hiérarchisation par normation selon des moyennes par habitant Normation selon des valeurs de référence par secteur d’activité Agrégation et pondération du profil multicritère Coefficient de modulation pour tenir compte du contexte Analyse d’incertitudes Analyse de sensibilité et de scénarii Tableau 18: Récapitulatif de suggestions d'option d'affichage à proposer dans les outils selon le niveau de connaissance de l'utilisateur Le Tableau 18 propose un récapitulatif de suggestions possibles suite à l’ensemble de l’analyse des aspects méthodologiques et de l’analyse des besoins utilisateurs. La méthode d’analyse statistique en composantes principales n’est pas proposée dans le tableau car elle est à mener en amont sur les bases de données des outils ou sur un jeu de modélisations pour modifier l’organisation des indicateurs environnementaux. Néanmoins, en fonction du niveau de maturité de ces études, il semblerait intéressant d’en proposer une synthèse dans les outils pour réduire le nombre d’indicateurs affichés. En ce qui concerne les aspects de normation et de pondération pour l’agrégation, il apparaît une demande forte de fournir des facteurs par défaut dans les outils tout en laissant la possibilité de les modifier. 4.2 Suggestions pour un format synthétique de communication
Cette dernière section du rapport est consacrée à la mise à jour des étiquettes en tenant compte des remarques des participants à l’enquête et des suggestions de présentation des résultats de la section précédente. L’objectif est d’aboutir à une version finale qui sera soumise au travers de l’expérimentation externe (soit par implémentation dans les outils, soit dans un document à part) pour valider notre bonne interprétation des retours et leur bonne exploitation. Pour proposer cette étiquette « améliorée », nous retenons particulièrement les points suivants :  Les étiquettes 1 et 4 ayant été particulièrement appréciées, nous essayerons de compiler leurs points forts.  Il est nécessaire de faire apparaître l’aspect cycle de vie en proposant la décomposition en phase.  Bien que la note globale ne soit pas toujours jugée pertinente, la conserver ne semble pas préjudiciable à la qualité de l’étiquette car la décomposition en différents indicateurs est disponible. Un nouveau document martyr est ainsi proposé en retenant les points forts soulignés par les utilisateurs et en améliorant les aspects moins appréciés. Ce document sera finalement soumis aux utilisateurs dans le cadre de l’expérimentation externe pour évaluer la conformité des modifications apportées par rapport à leur besoin. 549/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.4 Analyse des résultats Figure 24: Etiquette proposée suite à la prise en compte des besoins utilisateurs 550/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.4 Analyse des résultats La Figure 24 présente le format d’étiquette proposée. Celle‐ci est générée à l’aide d’un programme VBA Excel qui traite les données exportées depuis les outils d’ACV bâtiment. L’outil Excel offre une interface avec les fonctionnalités suivantes :  Importation des données  Choix des indicateurs à faire apparaître  Facteurs de normation par défaut mais modifiable  Coefficients de pondération modifiables pour la note unique L’objectif de cet outil est de fournir la souplesse recherchée par l’utilisateur pour s’adapter à des niveaux d’expertise différents. Par rapport aux besoins recensés dans le Tableau 18, nous pouvons remarquer que le format d’étiquette modulable proposé permet de répondre aux attentes des utilisateurs avec des niveaux de connaissance faible ou intermédiaire. Remarques : (par ordre de priorité)  L’analyse par phase du cycle de vie, bien que jugée intéressante, implique un niveau d’analyse des résultats avancée, qui peut être obtenu directement dans les outils, mais semble peu adaptée à une solution de format lisible et synthétique. De plus, en vue de promouvoir et de sensibiliser la « pensée cycle de vie », la valeur totale reste la plus importante. L’information détaillée phase par phase pourrait être obtenue au travers d’un système d’affichage pour des personnes plus expertes.  Les précisions sur la référence utilisée pour la comparaison dans le graphique radar seront fournies dans le guide méthodologique accompagnant l’étiquette (seule la source de ce guide sera mentionnée sur l’étiquette ; ex : lien internet).  Certains participants à l’enquête ont relevé la nécessité de faire apparaître le positionnement du bâtiment étudié par rapport à l’ensemble du parc existant (pour une même typologie). Ceci pourrait être mis en place en affichant la distribution au travers de l’échelle de classe. Figure 25: Exemple d'affichage de la distribution par classe en fonction de la largeur 
Limite de cet affichage : l’affichage de la distribution au travers de la largeur de chaque classe implique l’utilisation de même coefficients de normation et de pondération. Un tel affichage ne peut être proposé uniquement avec les coefficients par défaut (éventuellement la distribution peut être recalculée en fonction des coefficients personnalisés mais ceci implique un traitement plus complexe). Enfin, certaines informations jugées pertinentes pour apprécier la performance environnementale pourraient être ajoutées (voir Tableau 16). Le nombre d’occupants projeté (ou prévisionnel) a été 551/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.4 Analyse des résultats renseigné tandis que les autres informations ne peuvent pour l’instant pas être apportées par les outils d’ACV bâtiment mais constitueront des éléments importants pour l’évaluation globale des bâtiments durables. 5
CONCLUSIONS
Le présent document traite de l’analyse des résultats d’une ACV bâtiment et des voies d’adaptation pour être cohérent avec les besoins des acteurs de la construction. Son objectif est d’expliciter les différents axes de travail développés dans le cadre de la tâche 2.4 Analyse de résultats pour permettre un meilleur cadrage de nos actions sur les thématiques suivantes :  Complexité du profil multicritère et aide à la hiérarchisation des indicateurs environnementaux
 Définition et prise en compte des contraintes autour du projet (climatiques, sismiques, géologiques, urbanistiques…) dans l’analyse de performance  Gestion des incertitudes  Analyse des besoins spécifiques aux utilisateurs pour des outils efficaces en aide à la conception
 Définition d’un format « standard » de communication des résultats, compréhensible et exploitable par tous En réponse aux axes identifiés, la seconde partie de ce document expose les pistes de développement méthodologique reconnues comme pertinentes par les différents partenaires pour répondre aux questions posées. Ces pistes ne sont pas exposées dans le plus fin détail mais énumérées, esquissées et positionnées par rapport à nos problématiques. L’enquête mise au point au cours des travaux de cette tâche a notamment permis de préciser plus finement le potentiel et l’intérêt des méthodes présentées pour répondre aux besoins des utilisateurs. Les résultats de l’enquête ont mené à des priorités parmi les diverses techniques de mise en forme des résultats pour mettre un maximum d’efforts sur les plus pertinentes afin d’assurer l’adéquation avec les besoins exprimés. Finalement, l’ensemble de ces développements méthodologiques et des besoins utilisateurs aboutit, dans la quatrième partie du document, à des suggestions et à des exemples pour que l’affichage des résultats soit le plus adapté aux attentes. Ses suggestions sont notamment intégrées dans la proposition de trame d’étiquette du bâtiment proposée en fin de ce rapport. Des suggestions sont notamment proposées en fonction du profil des utilisateurs. De façon plus générale, il est important de considérer qu’une solution d’affichage adaptée doit considérer le profil de l’utilisateur (niveau d’expertise en ACV en particulier), l’objectif de son étude et la portée de communication visée des résultats et la phase du projet (liée à la potentielle utilisation de modes adaptés présentés dans la tâche 2.2 du projet BENEFIS). 552/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.4 Analyse des résultats REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
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BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.4 Analyse des résultats [50] Marquages et déclarations environnementaux – Déclarations environnementales de type III – Principes et modes opératoires. Norme ISO 14025, 2010. [51] Etiquetage énergétique des menuiseries : Bel’M tire le premier. Le moniteur, 2010. [52] Hôtel des Orangeries. EVEA Tourisme, 2011. [53] Pour une consommation durable. Centre d’analyse stratégique. Rapports et documents n°33, 2011. [54] Le diagnostic de performance énergétique DPE. Ministère de l’Ecologie de l’Energie, du Développement Durable et de l’Aménagement du territoire – Ministère du Logement et de la Ville – ADEME, 2008. [55] Le bâtiment vert par les chiffres – Les conséquences de la fragmentation. Deloitte, 2012. 555/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.4 Analyse des résultats ANNEXE 1 - ENQUETE SUR LES BESOINS DES ACTEURS DE LA
CONSTRUCTION SUR L’AFFICHAGE ET LA MISE EN FORME DES
RESULTATS DES ANALYSES DE CYCLE DE VIE (ACV) BATIMENT
POUR FACILITER LEUR EXPLOITATION ET INTERPRETATION
L’objectif de ce questionnaire est d’analyser les besoins de chacun des acteurs de la construction pour fournir des formats de résultats d’Analyse de Cycle de Vie (ACV) bâtiment compréhensibles et adaptés. La réponse à ce questionnaire vous prendra une dizaine de minutes. N’hésitez pas à l’alimenter et le consolider de vos remarques. Ce questionnaire est diffusé dans le cadre du projet ANR BENEFIS réalisé en collaboration avec : Les informations communiquées serviront pour proposer des solutions d’affichage et suggérer des recommandations. Certaines solutions pourraient être implémentées dans les logiciels ELODIE et EQUER. Merci pour votre contribution. 1. Qui êtes‐vous ? Vous exercez une fonction de : Maîtrise d’ouvrage
Assistant à la maîtrise d’ouvrage
Maîtrise d’œuvre Constructeur/entreprise
Bureau d’étude Certificateur Architecte/urbaniste/paysagiste
Economiste Assureur Industriel (équipements et matériaux de construction)
Politique publique
Recherche/Formation
Autres, préciser : ………………………………..
☐ ☐ ☐ ☐ ☐ ☐ ☐ ☐ ☐ ☐ ☐ ☐ ☐ Dans une entreprise de : <50 personnes ☐☐ 50 à 100 personnes ☐☐ 100 à 500 personnes ☐☐ 500 à 1000 personnes ☐☐ >1000 personnes ☐☐ Chez (facultatif) : …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… Comment qualifieriez‐vous vos niveaux de connaissance et d’expérience en ACV (bâtiment et/ou matériaux‐produits) ? (1 le plus faible, aucune connaissance ; 5 le plus élevé, niveau expert) 556/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.4 Analyse des résultats pratique
Connaissance théorique Expérience
(réalisation d’ACV, analyse
(problématique, de rapports d’ACV…)
méthodologie, normes…) 1 1
☐ ☐ 2 2
☐ ☐ 3 3
☐ ☐ 4 4
☐ ☐ 5 5
☐ ☐ Combien d’ACV avez‐vous réalisées ces 3 dernières années ? ☐☐ Aucune ☐☐ De 1 à 5 ☐☐ De 5 à 10 ☐☐ De 10 à 30 ☐☐ > 30 A quelle échelle ? ☐☐ ACV produits ☐☐ ACV bâtiments Combien de rapports d’ACV avez‐vous eu à lire et analyser ces 3 dernières années (ACV réalisées par d’autres que vous) ? ☐☐ Aucun ☐☐ De 1 à 5 ☐☐ De 5 à 10 ☐☐ De 10 à 30 ☐☐ > 30 A quelle échelle ? ☐☐ ACV produits ☐☐ ACV bâtiments Pensez‐vous parvenir à lire correctement les résultats d’une ACV bâtiment (ordres de grandeur, compréhension des unités… sans nécessairement en tirer des conclusions) ? OUI ☐☐ NON ☐☐ Pour quel objectif avez‐vous recours (vous réalisez ou faites réaliser) à une étude ACV ? (plusieurs choix possibles) Définition d’une stratégie Eco‐conception (comparaison de variantes/aide à la décision sur un projet) Eco‐conception (améliorer le projet en vue de garantir/viser une performance) Eco‐conception (tester une innovation/une nouvelle solution technique)
Eco‐conception (optimiser un projet dans un contexte donné)
Aide à la décision Communication interne Vérifier l’atteinte de performances
Certification ou label à caractère environnemental
Affichage environnemental ☐ ☐ ☐ ☐ ☐ ☐ ☐ ☐ ☐ ☐ Pensez‐vous mettre en place à court ou moyen terme la réalisation d’ACV bâtiment de façon fréquente voire systématique ? OUI ☐☐ NON ☐☐ 557/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.4 Analyse des résultats Réfléchissez‐vous à capitaliser les résultats d’ACV de vos différentes modélisations ? En interne (a minima) OUI ☐ NON ☐ Accepteriez‐vous que vos résultats d’ACV bâtiment participent à un observatoire à l’échelle régionale ou nationale ? ☐☐ Oui ☐☐ Oui mais de façon anonyme ☐☐ Non 2. Quelles sont les informations générales essentielles à afficher sur vos projets à l’échelle bâtiment (notamment pour comparer ou mettre en perspective les résultats d’ACV) ? Au‐delà des informations classiques communiquées dans un projet de construction telles que :  Phase du projet  Typologie  SHON/SHAB  Contraintes et opportunités environnementales locales : - Zone climatique - Exposition solaire - Zone sismique - Etude des sols - Zone urbaine  Performances thermiques visées  Performances environnementales visées (énergie, changement climatique, déchets, etc.) Pensez‐vous que d’autres éléments seraient nécessaires à l’interprétation des résultats d’ACV, tels que ceux‐ci ? Réponse Nombre d’occupants OUI ☐ NON Coût du projet en investissement OUI ☐ NON (hors foncier) Coût d’exploitation‐maintenance OUI ☐ NON Confort hygrothermique OUI ☐ NON Confort acoustique OUI ☐ NON Confort visuel OUI ☐ NON Qualité de l’air intérieur OUI ☐ NON Autres éléments (préciser)
………………………………. Autres éléments (préciser)
………………………………. 3. Quelle représentation des résultats de l’ACV ? 558/565
☐ ☐ ☐ ☐ ☐ ☐ ☐ Justification/commentaires BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.4 Analyse des résultats Quelle échelle de décomposition du bâtiment vous intéresse pour exploiter les résultats par rapport à votre activité ? (plusieurs choix possibles) Matériaux/produits pris individuellement
Ensembles constructifs (= ensemble d’éléments de diverses spécialités regroupés sous une même entité fonctionnelle e.g. façades, planchers, toitures, réseau électrique…) Lots architecturaux et techniques (= spécialités correspondant à un ensemble homogène de travaux et à un marché e.g. fondations, cloisonnement, revêtements intérieurs, CVC, etc. tels qu’ils apparaissent dans les CCTP) Familles de contributeurs (Matériaux/produits de construction, Services liés à l’énergie, Services liés à l’eau, Chantier…) Parties d’un bâtiment multi‐usages (selon leur usage)
Bâtiment(s) dans son (leur) ensemble
☐ ☐ ☐ ☐ ☐ ☐
La spécificité de l’analyse de cycle de vie réside dans la prise en compte des impacts environnementaux tout au long des différentes étapes de la vie du bâtiment (extraction des ressources et fabrication, transport, construction, vie en œuvre, fin de vie). Par rapport à vos besoins, quel niveau de détail est le plus adapté ? (plusieurs choix possibles) Phase production
Phase construction
Phase utilisation
Phase fin de vie
Cycle de vie complet (agrégé) ☐ ☐ ☐ ☐ ☐ Parmi l’ensemble des aspects ou impacts environnementaux listés ci‐dessous, pourriez‐vous nous indiquer ceux qui vous intéressent particulièrement et comment vous aimeriez les voir affichés ? 559/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.4 Analyse des résultats Indiquez votre priorisation selon 4 classes de priorité de 1 à 4 (1 : très prioritaire ou incontournable, 2 : moyennement prioritaire, 3 : peu prioritaire ou juste informatif, 4 : inutile) ainsi que le type d’affichage que vous voudriez avoir préférentiellement (en cochant la colonne correspondante). Priorité
Type d’affichage
Valeur brute
Valeur normée
Classe
= résultats directs du calcul sans traitement
= écart relatif ou ratio par rapport à une valeur de référence
= division de l’ensemble de la distribution des résultats en classes de valeurs
Ex: EPT = 60 Ex: si réf = 50 kWh/m
kWh/m SHON/an EPT = 1,2 2
2
/an
SHON
Ex: EPT = B Energie primaire totale Energie renouvelable
Energie non renouvelable
Epuisement des ressources
Consommation d’eau totale
Déchets radioactifs
Déchets (tous sauf radioactifs) Changement climatique
Acidification atmosphérique
Pollution de l’air Pollution de l’eau
Formation d’ozone photochimique
Destruction de la couche d’ozone stratosphérique
Eutrophisation
Biodiversité Utilisation des sols
Ecotoxicité
Toxicité humaine
Dans les exemples du précédent tableau, les résultats sont exprimés par unité de surface hors œuvre nette (m²SHON) et par annuité. Les résultats pourraient être ramenés dans des unités différentes. Parmi les solutions suivantes, lesquelles vous paraissent utiles ? (plusieurs choix possibles) 560/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.4 Analyse des résultats Nombre d’occupants du bâtiment ☐☐ Surface d’emprise au sol ☐☐ Surface habitable ☐☐ 4. Quelle agrégation/priorisation des résultats (indicateurs d’impacts) d’une ACV bâtiment ? Souhaiteriez‐vous pouvoir obtenir une note globale de votre projet (telle que par exemple la moyenne pondérée des indicateurs précédemment sélectionnés) ? OUI ☐☐ NON ☐☐ Souhaitez‐vous pouvoir prioriser les indicateurs en fonction de scénarios d’analyse particuliers ? (ex : je souhaite me concentrer sur la réduction des émissions de CO2 ; je souhaite répondre à des critères d’écoconditionnalité ; je souhaite réduire l’énergie grise de mon bâtiment…) OUI ☐☐ NON ☐☐ Souhaiteriez‐vous que cette priorisation soit prise en compte dans le système de pondération/agrégation pour l’obtention et l’affichage de la note globale ? (la note globale ne serait donc pas toujours comparable en fonction des scénarios choisis) OUI ☐☐ NON ☐☐ 5. Quelle étiquette ? Dans le cadre des travaux engagés dans le projet BENEFIS, des exemples d’étiquette du bâtiment sont proposés en fonction de premières pistes évoquées. Nous entendons par « étiquette du bâtiment » une représentation synthétique, concise et facilement communicable pour identifier et valoriser un projet de construction. Les indicateurs choisis, la méthode d’affichage, les valeurs indiquées et autres rubriques ont été définis de façon arbitraire pour illustrer certaines pistes qui seront potentiellement explorées dans la suite du projet en fonction de vos retours qui détermineront leur pertinence. Nous vous proposons de classer chacune de ces quatre propositions par ordre de préférence (1 : la plus appréciée à 4 : la moins appréciée). Nous vous invitons aussi à nous faire part de vos remarques et nous indiquer les points forts et points faibles de chaque suggestion. Cela nous permettra éventuellement de compiler les points forts de différentes propositions pour fournir une nouvelle solution. 561/565
BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.4 Analyse des résultats Classement 1 ☐ 2 ☐ (la plus appréciée)
Points forts Points faibles Remarques 3 ☐ 4 ☐ (la moins appréciée)
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BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.4 Analyse des résultats Classement 1 ☐ 2 ☐ (la plus appréciée)
Points forts Points faibles Remarques 3 ☐ 4 ☐ (la moins appréciée)
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BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.4 Analyse des résultats Classement 1 ☐ 2 ☐ (la plus appréciée)
Points forts Points faibles Remarques 3 ☐ 4 ☐ (la moins appréciée)
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BENEFIS - ANR 2011 VILD 001 01 Tâche 2.4 Analyse des résultats Classement 1 ☐ 2 ☐ (la plus appréciée)
Points forts Points faibles Remarques 3 ☐ 4 ☐ (la moins appréciée)
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