Etudiant F GLESSER Tuteur A ERB Logements sans énergies fossiles en en Alsace Septembre

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Niveau: Secondaire, Lycée, Première
1 Etudiant : F. GLESSER Tuteur : A. ERB Logements sans énergies fossiles en 2050 en Alsace Septembre 2011 RESUME  –  Abstract   Ce rapport propose une représentation du territoire alsacien, sans énergies fossiles pour le secteur résidentiel à l'horizon 2050. Cette analyse a été réalisée grâce à un modèle développé par la R&D d'EDF pour une étude similaire menée à l'échelle nationale. Deux principaux objectifs sont visés. En premier lieu, une réduction significative des émissions de gaz à effet de serre montrant l'intérêt du scénario. En second lieu, une évaluation des investissements à consentir pour vérifier la faisabilité d'un tel scénario dont les valeurs seront à adapter au cours du temps en fonction des évolutions des tarifs proposés par les différentes filières, de l'évolution des technologies et de leurs coûts associés. On montre ainsi que la substitution des énergies fossiles, en priorité par de la biomasse puis par de l'électricité, est possible grâce à une amélioration massive de la qualité des enveloppes des bâtiments, au remplacement des systèmes de chauffage anciens par des équipements à haut rendements et en développant autant que possible les énergies renouvelables pour leur donner une place importante dans les consommations. Enfin, deux variantes ont été étudiées, la première imposant le niveau de performances basse consommation dans la rénovation et la seconde introduisant les bâtiments à énergie positive en 2020. Mots clés : émissions de gaz à effet de serre, territoires, consommations énergétiques, bâtiments, investissements, fossiles, énergies renouvelables, scénario.

  •  des  bâtiments

  • bâtiment

  •  37  3

  • erb logements sans énergies fossiles

  •  scenario  

  •  de  co2

  •  13  2

  • performance énergétique de bâtiments

  •  particularites  du


Publié le : mercredi 30 mai 2012
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Source : eprints2.insa-strasbourg.fr
Nombre de pages : 50
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RESUME–Abstract



Ce rapport propose une représentation du territoire alsacien, sans énergies fossiles pour le
secteur résidentiel à l’horizon 2050. Cette analyse a été réalisée grâce à un modèle
développé par la R&D d’EDF pour une étude similaire menée à l’échelle nationale. Deux
principaux objectifs sont visés. En premier lieu, une réduction significative des émissions de
gaz à effet de serre montrant l’intérêt du scénario. En second lieu, une évaluation des
investissements à consentir pour vérifier la faisabilité d’un tel scénario dont les valeurs
seront à adapter au cours du temps en fonction des évolutions des tarifs proposés par les
différentes filières, de l’évolution des technologies et de leurs coûts associés. On montre
ainsi que la substitution des énergies fossiles, en priorité par de la biomasse puis par de
l’électricité, est possible grâce à une amélioration massive de la qualité des enveloppes des
bâtiments, au remplacement des systèmes de chauffage anciens par des équipements à
haut rendements et en développant autant que possible les énergies renouvelables pour leur
donner une place importante dans les consommations. Enfin, deux variantes ont été
étudiées, la première imposant le niveau de performances basse consommation dans la
rénovation et la seconde introduisant les bâtiments à énergie positive en 2020.

Mots clés : émissions de gaz à effet de serre, territoires, consommations énergétiques,
bâtiments, investissements, fossiles, énergies renouvelables, scénario.


This report provides a representation of the territory of Alsace, without fossil energies for
housing sector in 2050. This analysis was performed using a model developed by EDF R&D
for a similar study on a national scale. Two main objectives are targeted. First, a significant
reduction of greenhouse gas emissions that shows the interest of the scenario. Then, an
assessment of the investments required to test the feasability of this scenario. This values
will be adapted over time based on changes in rates proposed by the various sectors, the
evolution of technologies and their associated costs. We show that the substitution of fossil
energies, in priority by biomass and then by electricity, is possible thanks to a massive
improvement in the quality of isolation of buildings, replacement of old heating systems by
some which have a high efficiency and by developing as much as possible renewable
energies to give them an important part of consumptions. Finally, two other scenarios were
studied, the first requiring the low consumption level in renovated buildings and the second
introducing positive energy buildings starting from 2020.

Key words : greenhouse gas emissions, territory, energy consumption, buildings,
investments, fossil, renewable energy, scenario.

Etudiant : F. GLESSER Logements sans énergies fossiles en 2050 en Alsace 1

Tuteur : A. ERB Septembre 2011


SOMMAIRE
RESUME–ABSTRACT....................................................................................................................................1
SOMMAIRE........................................................2
INTRODUCTION...............................................................................................................4
1 CONTEXTEETENJEUX...........................5
1.1 PRESENTATIONDUPROJETDEFIND’ETUDE.....................................................................................................5
1.2 ETUDENATIONALE:LEBATIMENTENFRANCE.5
1.3 CONTEXTEALSACIEN..............................................6
1.4 UNEDYNAMIQUESOUHAITEEPARL’UNIONEUROPEENNE.............................................................................8
2 METHODEDECONSTRUCTION...........................................9
2.1 ELABORATIONDUMODELE«SANSENERGIESFOSSILES»...............9
2.2 DETAILCLIMATETHYPOTHESESDETHERMOSENSIBILITEDESCOPDESPAC........................................11
2.3 PROFILSMENSUELSDESCONSOMMATIONSPARUSAGESETDESPRODUCTIONSENR............................12
2.4 CONSTRUCTIONDUPARCRESIDENTIEL............................................................................13
2.4.1 Recueildesdonnées......................................................................13
2.4.2 Bilandesconsommationsen2010........13
2.4.3 CalculdesémissionsdeCO ......................................................................................................................172
2.5 HYPOTHESESDECONSTRUCTIONDUSCENARIORESIDENTIEL.....................................................................19
2.5.1 Evolutionduparcdebâtimentsd’icià2050.....................19
2.5.2 Construiredesbâtimentsneufsperformants....................................................................................20
2.5.3 Simulationdel’usagechauffage.............................................20
2.5.4 SimulationdesusagesECSetcuisson..................................................................25
2.5.5 L’électricitéspécifique................................................................26
2.5.6 Développerlaproductiondécentraliséed’électricitéparlesEnR...........................................26
2.6 LESPARTICULARITESDUSCENARIO«RENOVATIONBBCSANSENERGIESFOSSILES»...........................27
2.7 LESPARTICULARITESDUSCENARIO«SANSENERGIESFOSSILES,BEPOSDANSLENEUFEN2050».28
3 RESULTATS.............................................................................................................................................29
3.1 SCENARIOSTANDARD«SANSENERGIESFOSSILESEN2050»....................................29
3.1.1 Versdesbâtimentsàfaibleconsommation…....................29
3.1.2 Unecroissancelimitéedelademanded’électricité.......................................31
3.1.3 EmissionsdeCO ............................................................................................................322
3.1.4 Unscénarioréalisable?..............................................................33
3.1.5 Uninvestissementraisonnablepourlesménages?.......35
3.1.6 Unemutationénergétiquedynamisantepourlesecteurdubâtiment..................................36
3.2 SCENARIO«RENOVATIONBBC,SANSENERGIESFOSSILESAL’HORIZON2050»...37
3.2.1 Unparcbasseconsommation..................................................................................................................37
3.2.2 Unedemandeélectriqueauréseauinférieureàcellede2010!...............37
3.2.3 EmissionsdeCO ............................................382
3.2.4 Uncoûtglobalplusimportant….............................................................................................................39
3.2.5 …maispasmoinsrentablespourlesménages..................39
3.2.6 LesecteurduBTPencoreplussollicité................................................................................................40
3.3 SCENARIO«SANSENERGIESFOSSILESAL’HORIZON2050,BEPOSDANSLENEUFEN2020»..........41
3.3.1 Unimpactlimitésurlesconsommationsglobales.........................................................................41
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Tuteur : A. ERB Septembre 2011


3.3.2 Uneaugmentationtrèsfaibledelademandeauréseauélectriqueparrapportà2010
41
3.3.3 EmissiondeCO ..............................................................................................................................................422
3.3.4 Unsurcoûtdansleneuf..............................................................................................................................42
4 RETOURSSURL’ETUDE......................43
CONCLUSION..................................................................................................................................................45
BIBLIOGRAPHIE...........46
SOMMAIREDESANNEXES.........................................................................................................................48
PRESENTATIONDEL’ENTREPRISED’ACCUEIL..................49

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Tuteur : A. ERB Septembre 2011


Introduction

èmeEn ce début du 21 siècle, les problématiques énergétiques ont pris une
importance capitale dans les politiques territoriales. L’épuisement des ressources en
énergies fossiles dans les décennies à venir est avéré et les conséquences du
réchauffement climatique commencent à se faire sentir. Les pays développés se
doivent de réfléchir aux alternatives énergétiques de demain, à l’image de la France
qui a lancée en 2007 une grande réflexion sur ces problématiques avec le Grenelle de
l’Environnement. La réduction des émissions de gaz à effet de serre passe
nécessairement par une maîtrise de l’énergie consommée, en particulier dans le
secteur du bâtiment.

Pour contribuer au développement durable de notre pays vers l’efficience
1
énergétique, un équipe de la R&D d’EDF, département EnerBat , a élaboré un scénario
de bâtiments sans énergies fossiles à l’horizon 2050 qui associe à la fois la
performance énergétique des bâtiments et la réduction des émissions de CO dans le 2
but d’atteindre les objectifs fixés par le protocole de Kyoto. Un tel scénario sert
également de levier économique et social en insufflant une dynamique de travaux sur
les 40 prochaines années. Une étude similaire a été menée sur les territoires de la
Meuse et de la Haute-Marne qui a montré l’adaptabilité du modèle à une échelle locale.

Le groupe EDF en Alsace a souhaité adapter ce modèle sans énergies fossiles à la
région pour participer à la construction de son avenir énergétique. Cette synthèse
propose donc une représentation de la région Alsace, sans énergies fossiles dans le
secteur résidentiel à l’horizon 2050, et suivra le développement suivant : dans un
premier temps, on exposera les différents points de contextes (français, alsaciens et
européens), puis on s’intéressera à la méthode de construction des consommations
de 2010 et de 2050 avant d’exposer les résultats obtenus. Une dernière partie sera
consacrée à effectuer un retour sur l’étude suite aux échanges réalisés et à la
présentation des résultats réalisée en fin de stage.


1
Enerbat : groupe de travail sur les aspects énergétiques dans les bâtiments
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21 Contexteetenjeux
1.1 PrésentationduProjetdeFind’Etude

Mon Projet de Fin d’Etude s’est déroulé dans les locaux de la Délégation Régionale
Alsace d’EDF, à Strasbourg. Il s’agit de réaliser un scénario de bâtiments (résidentiels et
tertiaires) sans énergies fossiles à l’horizon 2050 en Alsace et d’en proposer deux variantes :
la première en considérant le niveau BBC dans la rénovation et la seconde en introduisant
les bâtiments en énergie positive dans la construction neuve à partir de 2020. Une des
particularités de cette étude est qu’elle a été réalisée en binôme, conformément au souhait
de notre tuteur entreprise, Pierre-Yves Lochet. Je me suis intéressé pour ma part au secteur
résidentiel, tandis que Cédric Kuenemann, également en Projet de Fin d’Etude, a quant à lui
traité le secteur tertiaire. En effet, ces deux secteurs présentent de trop nombreuses
différences quant à la nature de leurs consommations énergétiques ainsi que par leurs
dynamismes. Par conséquent, cette synthèse présente les résultats des scénarii réalisés sur
le secteur résidentiel.

1.2 Etudenationale:lebâtimentenFrance

En France, le Bâtiment est le premier secteur consommateur d’énergie (43% de
l’énergie finale en 2007). 65% de cette énergie consommée provient du parc résidentiel,
pour lequel le chauffage représente, de loin, le principal poste de consommation
énergétique. En 2008, on dénombre près de 32 millions de logements, la moitié ayant été
construits avant 1975.
Dans le contexte actuel de prise de conscience environnementale et au regard des
engagements pris en termes de réduction d’émissions des gaz à effet de serre (division par
4 à l’horizon 2050), le marché de la rénovation constitue un objectif prioritaire pour les
pouvoirs publics. De plus, on ne peut pas miser sur les constructions neuves pour améliorer
le niveau global de performance du parc dans la mesure où elles ne représentent, chaque
année, qu’un peu plus de 1% de l’existant [1]. Enfin, le bâtiment est dépendant à près de
60% des énergies fossiles, elles-mêmes responsables de la majorité des émissions de gaz à
effet de serre.

Dans cette optique, une équipe d’EDF R&D, département EnerBAT, s’est penchée
sérieusement sur cette question et a proposé un scénario d’évolution vers des bâtiments
(résidentiels et tertiaires) ne faisant pas appel aux énergies fossiles à l’horizon 2050. Cette
étude a été publiée en 2008 dans la revue « futuribles, analyse et prospective » [2][3].


2
Partie identique au PFE de Cédric Kuenemann
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Figure 1 : Consommations énergétiques mensuelles par usages de la France.
Résultats du scénario sans énergies fossiles développé par la R&D d’EDF.

Une adaptation de ce scénario à un territoire rural de petite taille (départements de la
Meuse et de la Haute-Marne) a été menée en 2009, confirmant l’intérêt de l’outil de
simulation/prospective utilisé pour l’étude nationale comme pour l’étude locale [4].

1.3 Contextealsacien

La Région Alsace, dont l’ambition est de devenir une région pilote en matière
d’énergies renouvelables et de bâtiments basses consommations, a initié une politique de
développement durable pour l’ensemble du territoire, en agissant à la fois sur son propre
patrimoine, sur les activités dont elle a directement la charge, et par le biais d’incitations vers
les autres collectivités locales, les entreprises, associations et habitants. Cette politique est
menée dans le cadre du programme « Alsace énergivie »,
mis en place en 2003 par la Région Alsace avec le soutien
de l’Union Européenne et en partenariat avec l’ADEME. Il
s’agit d’un ensemble d’actions novatrices pour développer
l’efficacité énergétique et l’utilisation des énergies
renouvelables en Alsace. Ce programme est doté d’un
budget de 64,5 M€ pour la période 2007/2013.

Le Groupe EDF, étroitement lié à l’histoire du développement économique de
l’Alsace, par le développement de ses activités de production, de transport et de distribution
d’électricité, ainsi que de commercialisation d’énergies et de services d’éco-efficacité
énergétique, souhaite quand à lui accroître sa contribution au développement durable de
l’Alsace, en mobilisant l’ensemble des 3500 salariés du groupe dans la région.

C’est dans ce contexte que le Groupe EDF (P. Gadonneix) et la Région Alsace (A.
Zeller) ont signé en 2008 une convention de coopération pour le développement durable : le
Programme Energie Alsace (PEA). Cette convention dont l’ambition est d’augmenter la
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contribution du groupe EDF et de sa filiale ES au développement durable de l’Alsace couvre
les trois dimensions suivantes :

Le développement économique de l’Alsace et du groupe EDF, avec la pérennisation
et le développement de la production d’électricité sans émissions de CO (usines 2
hydrauliques sur le Rhin, modernisation de la centrale nucléaire de Fessenheim,
développement des EnR réparties) et la promotion de l’économie verte en Alsace.
L’engagement au service de la société alsacienne dans trois domaines privilégiés :
culture et patrimoine, formation, solidarité.
La protection de l’environnement et le développement de la biodiversité en
contribuant aux politiques régionales et locales, et en aidant les alsaciens à réduire
les consommations et donc les émissions de CO de leurs logements, des bâtiments 2
publics, tertiaires et industriels, en appui au programme Energivie de la Région.

La construction d’un scénario « bâtiments sans énergies fossiles en Alsace », qui doit
permettre de constituer un modèle de référence, s’inscrit pleinement dans cette contribution.

Cette étude est réalisée sur la base des travaux menés au niveau national par la
R&D d’EDF et de son application territoriale en Meuse et en Haute-Marne. Deux objectifs
principaux sont visés. En premier lieu, une réduction significative des émissions de gaz à
effet de serre montrant l’intérêt du scénario et dont les résultats doivent pouvoir être
quantifiés afin de mesurer les impacts réels dans ce domaine. En second lieu, une
évaluation des investissements à consentir pour vérifier la faisabilité d’un tel programme dont
les valeurs seront à adapter au cours du temps en fonction des évolutions des tarifs
proposés par les différentes filières, de l’évolution des technologies et de leurs coûts
associés.

De plus, l’orientation de l’Alsace vers le standard BBC y
compris pour la rénovation des bâtiments, mise notamment en
évidence par les résultats encourageants des appels à projets de
rénovations thermiques « 50 chantiers pionniers » et maintenant
« je rénove BBC », nous a amené à constituer un deuxième
scénario dit « rénovation BBC sans énergies fossiles ». En effet, le
scénario standard ne cherche pas à atteindre des objectifs chiffrés
en terme de consommations des bâtiments tandis qu’ici, on se base sur les valeurs du label
3BBC-effinergie rénovation . La comparaison des deus scénarii permet d’évaluer le gain sur
les consommations et les émissions de gaz à effet de serre d’une approche régionale de
rénovation « tout BBC » au regard des surcoûts associés. En d’autres termes, on souhaite
poser ici la question de l’accessibilité pour les ménages de chacun des deux scénarii.

Enfin, nous avons étudié une seconde variante pour évaluer l’impact éventuel d’une
Réglementation Thermique 2020 (RT 2020) imposant le niveau BEPOS (bâtiment à énergie
positive) dans le neuf qui confirme l’importance de la rénovation pour atteindre les objectifs
énergétiques actuels et futurs.

3 2
En Alsace (zone H1) : consommations < 104 kWh EP/m .an sur les 5 usages (chauffage, ECS, climatisation, ventilation,
éclairage)
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1.4 Unedynamiquesouhaitéeparl’UnionEuropéenne

L’Union Européenne prône une politique engagée en matière
d’environnement, d’émissions de CO et de maîtrise de l’énergie. Sous 2
l’impulsion de ses états membres, elle a publié, le 8 mars 2011, une
feuille de route vers une économie compétitive faiblement carbonée à l’horizon 2050 en
Europe [5].
Traitant de l’ensemble des secteurs d’activités (les transports, l’industrie, le bâtiment,
l’agriculture…), cette feuille de route propose des objectifs énergétiques à tenir afin de
respecter les engagements de l’U.E. vis-à-vis du protocole de Kyoto et du facteur 4, qui
nécessite une politique énergétique ambitieuse.
Celle-ci se base sur la substitution des énergies fossiles dans tous les secteurs, en
insistant sur le rôle majeur de l’électricité : cette énergie constitue une alternative
intéressante pour supprimer massivement le gaz et le fioul, à condition que la production soit
assurée par des moyens non émetteurs de CO (les choix de production d’électricité 2
appartiennent à chacun des états, en France 95% de la production d’électricité ne génère
pas d’émissions directes de CO ). 2
Dans le secteur de la construction (bâtiment), l’U.E. envisage une réduction de 90%
des émissions de CO en 2050. L’institution incite fortement le développement des bâtiments 2
« durables », à faibles consommations d’énergie, avec pour objectif de construire à partir de
2021 des bâtiments autonomes en énergie.
Ainsi, l’U.E. engage des mesures incitatives pour protéger les consommateurs contre
une augmentation majeure du prix des énergies fossiles qui semble inévitable.
Ce projet de bâtiments sans énergies fossiles à l’horizon 2050 en Alsace se confond en de
nombreux points à cette trajectoire souhaitée par l’U.E.
Ainsi, la mise en œuvre d’un scénario « bâtiments sans énergies fossiles », du fait de la
position géographique de la région ainsi que son dynamisme européen permettrait de faire
de l’Alsace une vitrine européenne en matière de politique énergétique bas carbone.


La feuille de route de l’Union européenne pour une économie compétitive bas
carbone à l’horizon 2050, le Programme Energie Alsace, l’existence du modèle « sans
énergies fossiles » développé par la R&D d’EDF et surtout la volonté des acteurs
locaux de faire de l’Alsace une région pilote en matière de maîtrise énergétique et
d’utilisation des énergies renouvelables sont autant d’éléments qui justifient la
réalisation d’un scénario de bâtiments sans énergies fossiles en Alsace pour 2050.

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2 Méthodedeconstruction

Comme je l’ai décrit précédemment, 3 scénarii ont été considérés pour le cas de l’Alsace :

Ø Scénario de base « sans énergies fossiles à l’horizon 2050 »
Ø Scénario « rénovation BBC sans énergies fossiles à l’horizon 2050 »
Ø Scénario « sans énergies fossiles à l’horizon 2050, BEPOS dans le neuf en 2020 »

Je vais détailler dans cette partie la méthode de construction du scénario « sans énergies
fossiles », les solutions à mettre en œuvre pour atteindre les objectifs fixés ainsi que les
particularités des deux autres scénarii, qui découlent du premier.

2.1 Elaborationdumodèle«sansénergiesfossiles»

Bâtir un parc de bâtiments sans énergies fossiles suppose en fait de répondre à 3
questions : quelles seront les consommations énergétiques des bâtiments en 2050 ? Quel
mix énergétique permettra de satisfaire cette consommation ? Quelle sera l’allure des
fluctuations de la demande d’électricité (creux et pointes de la courbe de charge) ?

Ainsi, les scénarii ont été réalisés en respectant les 5 contraintes suivantes :

- La demande totale d’électricité doit rester proche de la valeur actuelle ;
- Le recours supplémentaire à la biomasse doit rester dans les fourchettes basses
données par les spécialistes (770 000 tonnes, soit 3,3 [TWh] pour l’Alsace, dont 1,7
[TWh] pour les logements) ;
- Les gains potentiels liés aux changements de comportement ne sont pas
comptabilisés ;
- Les technologies déployées doivent être disponibles « sur étagères » ;
- Enfin, les investissements requis doivent rester à des niveaux raisonnables pour les
ménages et pour l’Etat.

La réalisation d’un tel scénario est possible en combinant trois types d’actions
indissociables :

- Isoler les logements pour réduire les besoins de chauffage.
- Assurer les services énergétiques avec les équipements les plus efficaces
disponibles.
- Recourir aux énergies renouvelables intégrées aux bâtis pour leur assurer une part
maximale des consommations restant à couvrir.






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Le modèle utilisé [3] pour représenter les consommations finales d’énergie sur le
territoire alsacien en 2010 et 2050 « sans énergies fossiles » ainsi qu’une évaluation des
coûts d’investissement peut être découpé en six étapes afin de l’aborder dans toutes ses
dimensions.

Consommations Détail climat (T° normal) Profils mensuels des
résidentiel réparties et hypothèses de consommations par usages et
par énergies et par thermosensibilité des des productions EnR (PV, ECS
usages en 2010 COP des PAC solaire, cogénération bois)


Hypothèses de
construction du scénario
résidentiel



Résultats des consommations par
énergies et par usages 2010 et
« 2050 sans énergies fossiles »



Estimation des coûts d’investissements
bâtis et systèmes du scénario


L’ensemble de ces étapes ont été modélisées par le pôle R&D de EDF sous la forme
d’un fichier Excel dans lequel on renseigne les consommations totales en 2010 ainsi que les
hypothèses permettant d’aller vers un parc sans énergies fossiles, qui sont à adapter en
fonction du territoire considéré.

Les étapes de cette représentation sont détaillées ci-après afin de suivre le
déroulement des éléments quantitatifs présentés.










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Tuteur : A. ERB Septembre 2011

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