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Des approches en rupture pour viser la performance énergétique

Énergétique du bâtiment

Publié le 25 octobre 2016

​Le secteur du bâtiment représente un enjeu clé dans la maîtrise des énergies. Il est en effet, et de loin, le premier poste de consommation en France, avec 44% de l’énergie consommée, devant les transports (32%), l’industrie (21%) et l’agriculture (3%)*. En tête des dépenses : le chauffage, qui constitue la principale dépense énergétique (65% de l’énergie finale consommée dans les résidences principales).


Comment dès lors préparer les objectifs du Grenelle de l’Environnement et des réglementations thermiques successives en France ? Celles-ci prévoient, pour les constructions neuves, des bâtiments à énergie positive (c’est-à-dire produisant plus d’énergie qu’ils n’en consomment) à l’échéance 2020. Elles définissent aussi un vaste programme de rénovation thermique et énergétique des bâtiments existants pour réduire de façon significative leurs consommations d’énergie et leurs émissions de gaz à effet de serre.


Pour les spécialistes du CEA Liten, de tels objectifs ne peuvent être atteints que par une approche globale, incluant les problématiques d’isolation, de qualité de l’air, de chauffage, de production d’eau chaude, de refroidissement, de ventilation, sans oublier les exigences de confort des usagers. En prenant en compte de surcroît la variabilité de la météo et des pratiques des usagers, les modèles ne se contentent plus de se limiter à de simples simulations, mais s’orientent davantage vers des approches probabilistes. Il s’agit dès lors d’étudier quelles technologies adopter pour avoir les meilleures chances d’obtenir les résultats attendus en termes d’efficacité énergétique, dans un environnement très complexe soumis à de fortes variations, tant en termes de comportements humains que de facteurs extérieurs.


Le CEA Liten travaille ainsi sur plusieurs technologies d’avenir qui, associées entre elles, permettront d’atteindre les résultats visés par les nouvelles réglementations. Elles misent à la fois sur des solutions photovoltaïques et de nouveaux procédés intervenant dans des façades innovantes. Certaines d’entre elles font d’ores et déjà l’objet de tests avec des industriels. Toutes sont évaluées en lien avec le Centre Scientifique et Technique du Bâtiment (CSTB), organisme d’évaluation technique et de certification des innovations pour la filière de la construction.


* Source : Chiffres clés de l’énergie, édition 2014 publiée en février 2015, Commissariat général au développement durable.

AVANTAGES

Préparer le bâtiment du futur et devancer les nouvelles réglementations applicables


  • Imaginer des technologies aux coûts réalistes pour les acteurs de la construction, présentant de plus des intérêts esthétiques pour les architectes et les bureaux d’études. 
  • Intégrer les thématiques de confort des usagers et de simplicité de mise en œuvre.
  • Associer une mixité de solutions pour atteindre une performance optimale, quelles que soient les conditions météorologiques extérieures et tenant compte de la variabilité des comportements des usagers.
  • Tester et évaluer les performances obtenues sur la plate-forme d’expérimentation du CEA Liten, en vue de l’homologation et de la certification des innovations. 

PROJETS

  • Projet COMEPOS (conception et construction optimisées de maisons à énergie positive). 
Coordonné par le CEA Liten et associant 22 partenaires, COMEPOS a pour objectif de développer le concept de maison individuelle à énergie positive, dans le cadre de l’évolution de la réglementation thermique. Lancé en 2013 pour une durée de cinq ans, il permet d’analyser les performances de bâtiments à énergie positive qui seront construits dans le cadre du projet (25 en France avec des conditions climatiques et d’usages très différents), d’analyser les choix des composants technologiques dans chaque région et de déterminer les solutions réellement efficaces en fonction des types de climat, des modes de construction et de modes de vie. Ce projet doit ainsi contribuer à l’accélération de la mise sur le marché de maisons à énergie positive et de systèmes et composants innovants. Ses résultats ont vocation à être intégrés par l’ensemble des constructeurs en France.

  • Lancement d’un projet européen de façades multifonctionnelles avec l’industriel Vicat.
Ce projet vise à fixer des panneaux photovoltaïques à la fois producteurs d’électricité et isolants sur des façades constituées de dalles en béton. L’objectif est de les installer principalement sur des façades situées à l’est et à l’ouest d’un bâtiment pour optimiser l’adéquation entre production et consommation.

  • Développement avec la société Crosslux d’un double vitrage photovoltaïque semi-transparent.
Déployée dans les bâtiments tertiaires, cette technologie a été étudiée pour fournir un confort visuel aux occupants (réduire l’ensoleillement) et produire une énergie d’origine solaire servant à différentes fonctions (climatisation, ventilation, éclairage…). Ce type de vitrage contribue directement aux objectifs des bâtiments à énergie positive. Cette solution couplée à des batteries installées aux fenêtres fournirait un stockage d’énergie utile aux heures de forte consommation et plus faible ensoleillement.

  • Mise au point d’un aérogel de silice servant d’enduit de façade pour l’isolation des bâtiments. 
Des mortiers hydrauliques contenant un aérogel de silice ont été testés en tant qu’enduit extérieur de façade, afin de limiter les déperditions énergétiques. Les études numériques montrent un gain jusqu’à 25 % sur ces déperditions pour les parois neuves, et jusqu’à 50 % en rénovation. Cet enduit a été appliqué sur une maison expérimentale du CEA Liten dans le cadre du projet Parex-It et a fait l’objet d’un dépôt de brevet.

  • Étude sur des fenêtres multifonctionnelles
Équipées de capteurs, de modules photovoltaïques générant de la production d’énergie et d’une batterie pour stocker l’énergie solaire, ces fenêtres permettraient d’aérer les locaux aux moments où la température de l’air extérieur le permet, de gérer la fermeture d’un volet, l’éclairage, de façon autonome.

  • Stockage de la chaleur dans des matériaux à changement de phase
Pour stocker par exemple la chaleur emmagasinée le jour derrière une façade exposée au soleil, il peut être possible d’utiliser des matériaux à changement de phase (différents types de paraffines par exemple) restituant la chaleur dans les locaux à la demande (en soirée ou la nuit). Le même procédé peut être utilisé pour rafraichir un bâtiment pendant la journée grâce à la fraicheur accumulée dans des panneaux durant la nuit. À l’inverse, il est également possible d’utiliser la fraîcheur des sols pour la rediriger en façade ou directement dans les locaux. Différents systèmes ont été brevetés par le département du CEA Ines.

REPÈRES

  • Une cinquantaine de chercheurs
  • Un portefeuille de 25 brevets 
  • Publications 

Ibrahim, M., Biwole, P.H., Wurtz, E., ,"Limiting windows offset thermal bridge losses using a new insulating coating",
(2014) APPLIED ENERGY  Volume: 123   Special Issue: SI   Pages: 220-231   Published: JUN 15 2014

Ibrahim, M., Wurtz, E., Biwole, P.H., Achard, P. , "Transferring the south solar energy to the north facade through embedded water pipes ", (2014) ENERGY Volume: 78 Special Issue: SI Pages: 834-845 DOI: 10.1016/j.energy.2014.10.078

Brun, A., Wurtz, E., Hollmuller, P., Quenard, D. , « Summer comfort in a low-inertia building with a new free-cooling system » , (2013) APPLIED ENERGY 112 , pp. 338-349

Foucquier, A., Robert, S., Suard, F., Stéphan, L., Jay, A. , « State of the art in building modelling and energy performances prediction: A review », (2013) RENEWABLE & SUSTAINABLE ENERGY REVIEWS 23 , pp. 272-288

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