Protection du climat, efficacité énergétique et construction en bois - Bases by Lignum

Les informations techniques bois de Lignum

Lignatec

Protection du climat, efficacité énergétique et construction en bois Bases

Energie solaire

O2 CO2

Recyclage Chaufferie

Matière première 50 % C

Production de dérivés du bois Construction en bois

ETH/IBI Novatlantis

Scierie

Lignum

2 Protection du climat, efficacité énergétique et construction en bois – Bases

Cette publication a été soutenue par les partenaires suivants :

Patronage

Table des matières Page

Baugenossenschaft Zurlinden, Zurich eco-bau /Amt für Hochbauten, Zurich ETH Zürich, IBI Institut für Bau- und Infrastrukturmanagement, Zurich FRM Fédération suisse romande des entreprises de menuiserie, ébénisterie et charpenterie, Le Mont-sur-Lausanne Minergie, Berne Novatlantis / 2000-Watt-Gesellschaft, Villigen PSI Osec, Zurich Swiss Business Hub United Kingdom, GB-Londres

Partenaires pour les prestations

Flumroc AG, Flums HEV Hauseigentümerverband Schweiz, Zurich Knauf AG, Reinach SVW Schweizerischer Verband für Wohnungswesen, Zurich

Partenaires du projet Glas Trösch AG, Bützberg Gutex Holzfaserplattenwerk, DE-Waldshut-Tiengen isofloc AG, Bütschwil Nägeli AG, Appenzellerholz, Gais

Soutien financier important OFEV, Office fédéral de l’environnement, Berne Holzbau Schweiz, Zurich SHF Fonds d’entraide de l’économie du bois et de la forêt, Soleure VGQ Schweizerischer Verband für geprüfte Qualitätshäuser, Bienne

Construction en bois performante sur le plan de l’énergie et du CO2

2 Forêt, bois et CO2 2.1 Une politique climatique active pour la Suisse 2.2 Contributions possibles à la politique climatique par l’utilisation de la forêt et du bois 2.3 Importance économique potentielle des effets CO2 2.4 Systèmes d’encouragement pour une utilisation accrue des produits ligneux 3 Chiffres des écobilans – base pour une comparaison écologique 3.1 Introduction 3.2 Bases méthodologiques : écobilans 3.3 Ecoinvent, la base de toutes les données des écobilans en Suisse 3.4 Les écobilans dans la pratique 3.4.1 Recommandation KBOB 2009/1 ‹Données des écobilans dans la construction› 3.4.2 ‹Catalogue électronique d’éléments de construction› 3.4.3 Eco-devis et ECO-CFC 3.4.4 Déclarations écologiques des produits et certifications des bâtiments 3.5 Que recouvrent les indicateurs utilisés ? 3.5.1 L’énergie grise selon le cahier technique SIA 2032 ‹L’énergie grise des bâtiments› 3.5.2 L’énergie primaire totale 3.5.3 Potentiel en gaz à effet de serre (GWP) ou empreinte carbone 3.5.4 Indice de charge polluante (Ecopoints) 3.5.5 Autres méthodes et aperçu 3.6 Le bois dans les écobilans

3 Protection du climat, efficacité énergétique et construction en bois – Bases

Auteurs Christoph Aeschbacher, dipl. Forsting. ETH, Zurich Olin Bartlomé, dipl. Holzing. FH, Zurich Peter Hofer, dipl. Forsting. ETH, lic. rer. pol., Zurich Paul Knüsel, dipl. sc. nat. ETH, Journalist BR, Zurich Katrin Pfäffli, dipl. Arch. ETH/SIA, Zurich Iwan Plüss, dipl. HLK-Ing. FH, Lucerne Hansruedi Preisig, dipl. Arch. SIA, Zurich Marco Ragonesi, dipl. Arch. HTL, Lucerne Frank Werner, Dr. sc. techn. ETH, Zurich

Accompagnement technique Urs Christian Luginbühl, dipl. Holzing. HTL, Bienne Heinrich Gugerli, Dr. dipl. Ing. ETH/SIA, Zurich

Image de couverture Cycle des produits ligneux Manuela Murschetz, Zurich

4 Construction et exploitation des bâtiments énergétiquement performants 4.1 Examen des modèles 4.1.1 Dans la jungle des labels de la construction: qu’est-il demandé? 4.1.2 Bâtiments énergétiquement performants 4.1.3 Evolution du minimum légal 4.1.4 Autres paramètres écologiques 4.1.5 Evaluation complète de la durabilité 4.2 Production de chaleur contemporaine et durable et technique du bâtiment intelligente 4.2.1 L’énergie du bois en général 4.2.2 Bois en morceaux 4.2.3 Plaquettes ou bois déchiqueté 4.2.4 Pellets 4.2.5 Solutions sur mesure grâce à différentes techniques 4.2.6 Combinaison de l’énergie solaire et du bois 4.2.7 Emissions 4.2.8 Ordonnance sur la protection de l’air et objectifs de politique énergétique 4.3 La construction sous l’angle de l’énergie, de l’écologie et du confort 4.3.1 Objet de référence ‹Lotissement Hegianwandweg› 4.3.1.1 Evaluation de l’enveloppe thermique du bâtiment selon la norme SIA 380/1 ‹L’énergie thermique dans le bâtiment› 4.3.1.2 Modes de construction analysés 4.3.2 Simulation dynamique du comportement thermique 4.3.2.1 Le calcul selon la norme SIA 380/1 ‹L’énergie thermique dans le bâtiment› offre une marge de sécurité 4.3.2.2 Modes de constructions favorables en fonction des besoins de chaleur pour le chauffage 4.3.2.3 Confort en été en fonction du mode de construction 4.3.3 Conséquences écologiques des modes de construction et des standards énergétiques 4.3.3.1 Méthodologie pour la prise en compte de l’écologie 4.3.3.2 Energie de fabrication: énergie grise et émissions de gaz à effet de serre 4.3.4 Considération énergétique globale 4.4 Perspective d’un investisseur avec un horizon à long terme 4.4.1 Construction en bois avec attentes quant à la rentabilité 4.4.2 Motifs écologiques pour l’investissement 4.4.3 Les immeubles locatifs en bois sont dans le vent 4.4.4 Potentiel d’optimisation 43 5 Aperçu

4 Protection du climat, efficacité énergétique et construction en bois – Bases

Construction en bois performante sur le plan de l’énergie et du CO2

Le réchauffement climatique est l’un des défis mondiaux les plus actuels. La production contemporaine de gaz à effet de serre, particulièrement de CO2, n’est pas compatible avec les objectifs d’un développement durable – au niveau mondial comme dans notre pays. C’est pourquoi la Suisse doit aussi modifier son approvisionnement en ressources et en énergie. Dans ce contexte, l’architecture, la construction et la technologie du bâtiment ont un rôle central à jouer et les ressources et agents énergétiques produits de manière durable prennent toujours plus d’importance. Aujourd’hui, on ne se concentre plus seulement sur une minimisation de l’énergie d’exploitation, mais la prise en compte globale de l’importance des bâtiments pour l’environnement est mise au premier rang, car c’est seulement en considérant l’entier du cycle de vie d’un bâtiment que l’on atteint une architecture qui soit à long terme écologique, économique et fonctionnelle. Celui qui construit en bois ne fait pas que soulager l’environnement Le bois en tant que matériau de construction a de nombreux atouts. Sa brève durée de montage, son poids propre réduit et le fait qu’il s’intègre à la construction sèche sont bien connus. De plus, les produits ligneux présentent en général un profil environnemental plus avantageux que des produits comparables dans d’autres matériaux, ce qui est particulièrement valable pour les critères de consommation totale d’énergie, d’énergie grise ou de potentiel en gaz à effet de serre. Les résultats de l’étude menée dans le cadre de cette publication complètent cette liste non exhaustive avec d’autres arguments percutants: L’étude montre que les besoins de chaleur pour le chauffage sont les plus bas pour l’ossature en bois lorsqu’ils sont calculés par simulation dynamique. Pourtant la capacité de stockage de ce type de structure prise en compte dans la norme SIA 380/1 ‹L’énergie thermique dans le bâtiment› pénalise la construction en bois. En effet, afin d’atteindre les mêmes besoins de chaleur pour le chauffage selon la norme SIA 380/1 ‹L’énergie thermique dans le bâtiment›, la construction légère doit présenter de meilleures valeurs U que la construction massive. Par conséquent, la norme SIA 380/1 ‹L’énergie thermique dans le bâtiment› désavantage la construction légère par rapport à la construction massive. Lors de la confrontation des types de construction sur le plan de l’énergie grise et des émissions de gaz à effet de serre, la tendance est la même: la construction à ossature bois présente les meilleures valeurs, suivie par celle en bois massif et par la construction massive. Les charges supplémentaires en énergie grise pour la construction massive par

rapport à la construction légère s’élèvent à près de 5 % et celles des émissions de gaz à effet de serre sont d’environ 16 % supérieures. Même si les différences en pourcent ne paraissent pas si élevées, elles peuvent néanmoins se révéler décisives pour atteindre des valeurs cibles. Surtout en ce qui concerne les émissions de gaz à effet de serre, le budget annuel est restreint: selon la directive SIA 2040 ‹Objectifs de performance énergétique›, avec une construction neuve de la catégorie ‹habitation› 16,5 kg/m² sont à disposition pour la construction, l’ensemble de l’exploitation et la mobilité liée à l’emplacement. Habituellement, la construction en exige plus de la moitié. Il reste alors annuellement environ 8 kg/m² pour l’exploitation et la mobilité. Selon les circonstances, en considérant l’ensemble de l’énergie, un kilogramme de gaz à effet de serre épargné lors de la construction aide de manière tout à fait décisive à atteindre l’objectif. Les recherches montrent que les bâtiments, dans un contexte énergétique, doivent être conçus, construits et évalués de façon à optimiser les ressources. Dans l’exploitation, la distinction entre la consommation d’énergie et les émissions des agents énergétiques n’encourage pas à tout prix les économies d’énergie, mais au contraire tend à éviter les émissions de l’approvisionnement en énergie et de la construction des bâtiments, par le choix d’agents énergétiques et de matériaux renouvelables, à l’image du bois. De cette manière, des solutions vraiment efficaces quant au CO2 peuvent être mises en œuvre en même temps qu’une économie effective d’énergie grise. Avec les nouveaux standards Minergie-A et Minergie-Eco 2011, une direction prometteuse semble être prise afin de ramener ‹l’enveloppement› des édifices, apparemment jusqu’ici sans fin, dans les limites d’un calcul global écologique et économique. Pour tous les types de construction, les températures maximales atteintes en été se situent, sans mesures supplémentaires, dans les limites spécifiées par les normes. Au contraire des constructions massives, des concessions minimes doivent être faites sur celles en ossature bois et en bois massif. Cependant, avec un chauffage au sol utilisé, en période estivale, comme surface réfrigérante en combinaison avec une pompe à chaleur, les améliorations peuvent être telles, que les températures maximales soient même plus basses qu’avec une construction lourde.

5 Protection du climat, efficacité énergétique et construction en bois – Bases

Forêt, bois et CO2

2.1 Une politique climatique active pour la Suisse Le problème du réchauffement climatique mondial est aujourd’hui largement reconnu. Avec la signature et la ratification du protocole de Kyoto en 2003, la Suisse a opté pour une politique climatique active. Dans le cadre de cet accord, elle s’est engagée, pour les années 2008 – 2012, à réduire ses émissions de gaz à effet de serre de 8 % par rapport à 1990. Vu que près de 85 % des émissions de gaz à effet de serre en Suisse sont constituées de gaz carbonique (CO2) – aux côtés du méthane CH4 avec un bon 7 %, du gaz hilarant ou protoxyde d’azote (N2O) avec 6 % et de gaz synthétiques avec 2 % – une politique climatique appropriée commence par la diminution de la combustion d’agents énergétiques fossiles. C’est pourquoi dans la loi de 1999 sur le CO2, qui stipule une baisse de 10 % de la production de ce gaz, la réduction a été fixée à 15 % pour les combustibles et à 8 % pour les carburants. La Suisse couvre aujourd’hui encore près des deux tiers de sa consommation d’énergie avec le pétrole, le gaz naturel et le charbon. La production suisse to-

tale de gaz à effet de serre – exprimée en équivalent CO2 – avoisinait en 2008 les 57 millions de tonnes. L’inquiétude porte avant tout sur la consommation toujours en augmentation de carburants. Alors qu’en 2008 les émissions de CO2 provenant des combustibles se montaient encore à 89 % de celles de 1990, elles étaient de 114 % pour les carburants. Ainsi sommes-nous très éloignés des dispositions de la loi sur le CO2 et du respect du protocole de Kyoto. C’est pourquoi la Confédération a introduit une taxe sur le CO2 au 1 janvier 2008 pour les combustibles fossiles. Au vu du réchauffement climatique qui prend de l’ampleur, le Conseil fédéral et le Parlement envisagent, dans la révision en préparation de la loi sur le CO2, de réduire jusqu’en 2020 les émissions de gaz à effet de serre de 30 % par rapport à 1990. Pour cela, des mesures sont prévues dans les bâtiments, auxquelles s’ajoutent une taxe sur le CO2 pour les combustibles et les carburants et une participation au système européen d’échange de droits d’émission.

2.2 Contributions possibles à la politique climatique par l’utilisation de la forêt et du bois

6 CO2 +

C6 H12 O6 +

12 H2O

6 O2 + 6 H2O

9 500 MJ énergie solaire

1 m3 bois = 9 500 MJ

0,9 t CO2

énergie solaire stockée (anhydre)

0,5 t eau

0,7 t oxygène

Eléments nutritifs: N, P, K, Mg, Ca

0,3 t eau

Figure 1 : De substances anorganiques pauvres en énergie, principalement du CO2 et de l’eau, la photosynthèse crée des liaisons organiques riches en énergie. 1 m3 de bois lie presque 1 t de CO2 à travers le carbone, et contient 250 kg de carbone, 215 kg d’oxygène, 30 kg d’hydrogène et 5 kg de divers éléments.

L’économie de la forêt et du bois a l’opportunité d’apporter sa contribution à la réduction de la production de CO2. Ceci est prouvé par une étude effectuée sur mandat de l’Office fédéral de l’environnement et publiée en 2007. 1 Elle distingue plusieurs effets: Au moyen de la photosynthèse, l’arbre transforme le CO2 de l’air ambiant en sucre et en oxygène. Le sucre est emmagasiné en tant que bois dans le tronc, les branches et l’écorce, tandis que l’oxygène est restitué à l’environnement. Le carbone reste ainsi fixé dans le bois jusqu’à ce que l’arbre meure et se désagrège dans la nature ou que le bois soit brûlé. Les arbres debout, mais surtout la biomasse vivante et morte dans la forêt, forment ainsi un stock de carbone. Tant que la biomasse augmente dans la forêt, il est possible de parler d’un abaissement du carbone.

Après la récolte de l’arbre ou après sa chute due à une tempête, son tronc peut être transformé en produits ligneux. Le carbone y reste emmagasiné jusqu’à que le produit ligneux, à la fin de sa durée d’utilisation, soit désagrégé ou brûlé. Si, dans le cycle de la civilisation, ce stockage augmente, par ex. par une utilisation accrue de produits ligneux à longue durée de vie, il est ici aussi possible de parler d’abaissement du carbone. 2 Si pendant sa fabrication, son utilisation et son élimination, un produit en bois provoque moins d’émissions de gaz à effet de serre que ses concurrents issus d’autres matières premières, sa mise en œuvre induit un effet de substitution positif. Ce comportement plus favorable du bois quant aux émissions de gaz à effet de serre est souvent un fait établi. Les produits ligneux sont considérés comme neutres sur le plan du CO2, car le bois, au cours de sa croissance, absorbe autant de carbone du CO2 de l’air ambiant qu’il en libère lors de sa décomposition. Ainsi, seules sont importantes pour le climat les émissions supplémentaires de gaz à effet de serre qui résultent de la production. En raison de leur façonnage aisé, la fabrication des produits ligneux ne nécessite en principe qu’une consommation réduite d’énergie qui, de plus, peut être souvent couverte par des résidus de bois. Cependant la mise en œuvre notamment de colles, de films, d’assemblages en acier ou une durée de vie réduite en raison d’une mauvaise utilisation des produits ligneux peuvent influencer négativement leur profil relatif aux gaz à effet de serre.

6 Protection du climat, efficacité énergétique et construction en bois – Bases

L ’utilisation thermique du bois énergie issu des forêts, des restes de bois non valorisés lors de la transformation ainsi que du vieux bois induit un effet de substitution. De cette façon aussi, il est possible d’économiser des agents énergétiques fossiles. Ainsi, l’économie de la forêt et du bois peut aussi être mise au service de la politique climatique. L’étude précitée a donc constaté ce qui suit: ‹L’utilisation la plus large possible d’une croissance élevée du bois dans la forêt suisse, la transformation du bois récolté pour en faire des produits à longue durée de vie dans une utilisa-

tion en cascade et sa valorisation énergétique finale après son emploi entraînent sur la durée une amélioration manifeste du bilan du CO2›. Une règle générale pour la détermination de l’économie de CO2 peut être tirée de la figure 2:

Figure 2 : Les chiffres négatifs signifient des économies de CO2. Si un produit en bois suisse remplace un produit de substitution étranger, cela provoque aussi une diminution des émissions de CO2 à l’étranger pour la production, le transport et l’élimination.

Emissions de CO2 économisées par quantité de bois mis en œuvre [kg CO2/m3 bois] Suisse Substitution de matière – 300 Substitution énergétique – 500 Total – 800

Figure 3 : Effets CO2 de différents scénarios en millions de t équiv CO2 par an pour les années 2000 – 2100. Les chiffres négatifs signifient des économies de CO2, les chiffres positifs des émissions de CO2. Source: Taverna R. et al. 2007

Effets totaux Suisse, selon différents scénarios (stratégies)

La constatation ci-dessus signifie concrètement qu’il faut privilégier des stratégies qui mettent en avant une augmentation de l’utilisation du bois sur le long terme, surtout dans le bâtiment, à celles qui portent l’accent sur la valorisation énergétique du bois. L’avantage d’une utilisation matérielle préalable sur une valorisation énergétique directe se situe dans le fait que l’économie est double: d’abord lors de la fabrication des produits ligneux et ensuite dans leur valorisation énergétique lorsque n’étant plus utilisés, ils peuvent encore fournir de l’énergie. Le scénario optimal de l’étude (voir la courbe optimisation de l’accroissement ‹construction› dans la figure 3)

2000

2010

2020

2030

2040

Etranger – 400 – 100 – 500

tient compte, au cours des années 2000 à 2030, d’une extension de 80 % de l’emploi du bois dans la construction, y compris pour les meubles. Dans le but d’étudier les conséquences, l’utilisation a ensuite été maintenue constante. Le taux de croissance de l’utilisation du bois a été estimé sur la base des segments actuels de marché en fonction des éléments de construction. Les potentiels les plus élevés ont été localisés dans le domaine constructif, notamment dans les planchers et les parois porteuses.

2050

2060

2070

2080

6 4 2 0 – 2 – 4 – 6 – 8 – 10 – 12 – 14

optimisation ‹construction› ligne de base

Global – 700 – 600 – 1300

optimisation ‹énergie› entretien réduit de la forêt

optimisation ‹Kyoto›

2090

2100

7 Protection du climat, efficacité énergétique et construction en bois – Bases

Lors de l’examen des effets CO2 par le biais de scénarios, il importe de distinguer les effets au plan global des effets au plan suisse. Afin de résoudre les problèmes d’effet de serre, les effets globaux sont d’une importance majeure. Le protocole de Kyoto calcule cependant en fonction des pays. C’est pourquoi, il est indispensable de distinguer les économies de CO2 dans le pays de celles qui ont lieu à l’étranger. Avec une politique basée sur le meilleur scénario ‹optimisation de l’accroissement construction›, il est possible d’éviter en Suisse l’émission d’un total de 8 millions de tonnes de CO2 par année entre 2016 et 2026. Par rapport à 1990, cela représente un effet supplémentaire d’environ 6,5 millions de tonnes d'équiv. CO2. Si l’économie de la forêt et du bois, autrement dit l’utilisation du bois, était développée selon ce scénario, il serait possible d’éviter plus de 11 % des émissions actuelles de gaz à effet de serre. Il est vrai que l’horizon temporel de cette contribution à la réduction est nettement plus éloigné que la fin de la première période liée aux obligations de

Figure 4 : Effect CO2 du scénario ‹optimastion de l'accroissement construction› en millions de t équiv. CO2 par an pour les années 2000 – 2100. Contrairement à la figure 3, la somme des effets pour l’année 2000 a été mise à 0. Les chiffres négatifs signifient des économies de CO2, les chiffres positifs des émissions de CO2. Source: Taverna R. et al. 2007 (courbe ‹fixation en forêt› équilibrée de 2050 à 2070)

Kyoto. Alors que la forêt, malgré une plus grande utilisation de bois qu’aujourd’hui, continue de fonctionner comme puits, elle devient source après environ 50 ans. Il faut rapporter ce fait à l’utilisation conséquente de la croissance pour laquelle certains résidus de la récolte restent en forêt et s’y décomposent. L’élargissement de l’utilisation du bois dans tous les domaines, mais surtout dans la construction, conduit à ce que l’accumulation de bois dans le cycle de la civilisation augmente pendant plus de 100 ans. Après environ 120 ans, les produits qui sont retirés du parc immobilier contrebalancent plus ou moins les produits qui lui sont ajoutés. Les effets de substitution de matériaux et d’énergie se maintiennent ensuite à un niveau constant. Taverna R., Hofer P., Werner F., Kaufmann E., Thürig E. 2007: CO2-Effekte der Schweizer Wald- und Holzwirtschaft. Szenarien zukünftiger Beiträge zum Klimaschutz. Umwelt-Wissen Nr. 0739. Office fédéral de l’environnement, Berne

Les calculs et d’autres informations se trouvent par ex. sur le site Internet de la banque suisse du CO2 (www.co2-bank.ch). Sur ce dernier, la performance climatique précise des produits ligneux, selon l’objet et l’entreprise, peut être déterminée et justifiée.

Evolution des différents effets annuels selon le scénario ‹optimisation de l’accroissement, construction› 2000

2010

2020

2030

2040

2050

2060

2070

2080

4 3 2 1 0 – 1 – 2 – 3 – 4 – 5 – 6 – 7

substitution de matériaux fixation en forêt

substitution d’énergie somme des effets

évolution du stock de bois

2090

2100

8 Protection du climat, efficacité énergétique et construction en bois – Bases

2.3 Importance économique potentielle des effets CO2 Dans le cadre d’une étude de cas pour le canton des Grisons, la valeur ajoutée de l’économie de la forêt et du bois a été calculée et l’ampleur des effets CO2 ainsi que leur valeur ont été estimées. 3 La valeur ajoutée a été calculée sur la base d’une analyse des flux de matériaux dans le canton. Le figure 5 cidessous montre que la valeur ajoutée la plus élevée

Figure 5 : Valeur ajoutée brute pour le canton des Grisons. Source : Walz A., Taverna R., Hofer P. 2009

Valeur ajoutée brute de l’économie de la forêt et du bois dans le canton des Grisons 2007 Secteur Valeur ajoutée brute [million CHF] Economie de la forêt (y c. contribution fédérale pour forêts de protection) 57 32 1ère transformation (scieries, production de panneaux et de cellulose) Commerce de gros (avec bois et éléments de construction en bois) 9,2 15 2e transformation (raboteries, fenêtres et portes, éléments de construction) 264 3e transformation (menuiseries, charpenteries, cuisines, fabrication de papier) Total 377

Pour déterminer la valeur économique des effets CO2, les quantités de CO2 fixé ont été calculées sur la base des résultats de l’inventaire forestier des Grisons, ainsi que d’une étude des flux de matériaux de l’économie du bois du même canton. Il a aussi été procédé à une évaluation écologique des produits mis en œuvre. Avec les prix actuels des certificats à

Figure 6 : Effets de l’utilisation du bois en 2007: le bois remplace pour moitié le bois, pour moitié d’autres matériaux qui sont produits en partie à l’étranger. Les chiffres négatifs signifient des économies de CO2, les chiffres positifs des émissions de CO2. Source: Walz A., Taverna R., Hofer P. 2009

est due à la troisième transformation, c’est-à-dire par le biais des menuiseries, des charpenteries et de l’industrie du papier.

Proportion [%] 15 9 2 4 70 100

environ 18 €/tonne et un cours de l’euro à CHF 1.15, les effets CO2 du secteur peuvent être évalués à près de CHF 21.–/tonne. En fonction de l’importance des différents effets, les valeurs pour une compensation par le stock de bois dans les forêts grisonnes sont les plus élevées (voir figure 6).

Effets CO2 en 2007 et valeur potentielle dans le commerce du CO2 Economies [1000 t CO2-équiv.] Effets de fixation dans le cycle de la civilisation Substitution de matériau

Substitution d’énergie

Emissions du transport

Effets de la forêt

Total

dans le canton des Grisons en dehors du canton Total dans le canton des Grisons en dehors du canton Total dans le canton des Grisons en dehors du canton Total dans le canton des Grisons en dehors du canton Total dans le canton des Grisons en dehors du canton Total dans le canton des Grisons en dehors du canton Total

– 121 – 46 – 166 – 3,4 – 115 – 118 – 65 – 65 – 130 10 12 22 – 607 – 29 – 636 – 786 – 243 – 1029

Coûts de la compensation CO2 [million CHF] – 2,5 – 1,1 – 3,5 – 0,07 – 2,38 – 2,45 – 1,35 – 1,35 – 2,7 0,21 0,25 0,46 – 12,56 – 0,6 – 13,16 – 16,28 – 5,03 – 21,3

9 Protection du climat, efficacité énergétique et construction en bois – Bases

Il faut cependant retenir qu’il s’agit d’une considération statistique. Avec une politique visant une augmentation de la croissance en forêt et une extension de la mise en œuvre et de l’utilisation du bois dans le canton, les effets CO2 pourraient être encore nettement augmentés. Ils seraient transférés vers un dépôt dans le cycle de la civilisation et les effets de substitution matériels et énergétiques seraient clairement plus grands. L’utilisation plus intensive du bois dans le canton des Grisons réduirait la part de la forêt à la création

2.4

de valeur ajoutée en raison d’une moindre constitution de réserves. Mais, en se basant sur les économies de CO2, l’ampleur des paiements de compensation pour l’économie du bois, même avec une transformation et une utilisation accrues du bois, resterait à un niveau modeste en proportion de la valeur ajoutée. Walz A., Taverna R., Hofer P. 2009: CO2-Effekt und ökonomische Bewertung von Holznutzung und Senkenleistung im Kanton Graubünden für das Jahr 2007. Elaboré sur mandat de l’Office fédéral de l’environnement, Davos et Zurich

Systèmes d’encouragement pour une utilisation accrue des produits ligneux

Mais quelles stimulations la politique peut-elle apporter afin d’infléchir l’économie publique dans la direction voulue? Comment obtenir que les produits ligneux soient plus souvent utilisés à l’avenir, surtout dans le bâtiment? Dans la première période des engagements, selon l’article 3.4 du protocole de Kyoto, un pays peut faire imputer l’accroissement de la fixation de carbone dans la forêt. Pour la Suisse, qui a opté pour cette possibilité, il s’agit au maximum de 1,8 million de tonnes de CO2 par an. Mais dans notre pays, en l’absence d’un cadre politique ou d’un système d’encouragement financier, cette possibilité n’a aucune incidence économique pour les propriétaires de forêts. Jusqu’ici, un pays ne peut pas faire imputer le stock de bois intégré au cycle de la civilisation. Des négociations ont lieu à ce sujet dans la perspective de la deuxième période d’engagement de Kyoto après 2012. La question centrale est de savoir à qui attribuer l’augmentation de la réserve de bois et ensuite sa dissolution: est-ce le pays qui produit le bois ou celui qui le consomme? La position des grands pays producteurs semble actuellement s’imposer. La taxe CO2 actuelle sur les combustibles fossiles, respectivement la vente des économies de CO2 découlant par exemple du remplacement des combustibles fossiles par de l’énergie produite à partir de la biomasse, ont un effet d’encouragement pour les produits ligneux. Ces deux instruments rendent les agents énergétiques renouvelables concurrentiels face aux énergies fossiles. En comparaison, les agents énergétiques non fossiles deviennent plus avantageux, et les biens qui sont produits avec peu d’énergie fossile deviennent plus intéressants. Si en Suisse toujours plus de produits ligneux sont utilisés à la place de produits nécessitant beaucoup d’énergie, ou si plus de chaleur et d’électricité sont fournies à partir du bois, le bilan CO2 du pays en sera d’autant amélioré. En dehors de la taxe CO2 sur les combustibles, aucun instrument n’est en vigueur jusqu’ici en Suisse, pour tenir compte d’une utilisation du bois en cascade, complète et durable afin de valoriser ces

effets positifs de l’économie de la forêt et du bois. L’apport de contributions pour la constitution de réserves en forêt est plutôt problématique en raison du fort morcellement des propriétaires. De plus, le propriétaire d’une forêt ravagée par une tempête devrait rendre l’argent qu’il a touché au titre de la constitution de la réserve, alors que dans le même temps il devrait se battre contre les conséquences économiques de la catastrophe. Cependant, comme le montre l’étude dans le canton des Grisons, une exploitation basée sur une composition dosée de forêts stables, pas trop riches en réserve, pourrait se constituer un capital de fonctionnement bienvenu. En principe, la rétribution de la constitution de réserves de bois dans le cycle de la civilisation est bel et bien possible, mais elle est grevée de diverses difficultés méthodologiques. Dans ce contexte, la loi révisée sur le CO2 ouvre de nouvelles possibilités car elle mentionne explicitement que les réserves de bois doivent être prises en compte. L’économie du bois est tenue dans ce cas d’explorer ces possibilités. Les effets positifs d’une utilisation judicieuse de la forêt et du bois selon le principe de la cascade sont prouvés: celle-ci consiste à toujours mettre en œuvre le bois selon sa plus haute valeur possible, et de le valoriser thermiquement qu’après qu’il ait cessé d’être employé. C’est pourquoi la Confédération a formulé une politique de la ressource bois et vise, avec son plan d’action bois, à une utilisation performante de cette ressource et à l’élimination des points faibles. Le programme national de recherche 66 ‹Ressource bois› a débuté à la fin de 2010. Il vise à améliorer les bases de l’utilisation future du bois. Indépendamment des futures possibilités de promouvoir directement l’utilisation du bois, il importe de développer des concepts pour une mise en œuvre du bois dans les bâtiments, qui soit économique et adaptée au matériau. Il faut espérer que de tels concepts soient soutenus par des mesures des pouvoirs publics, y compris dans la perspective d’un meilleur rendement économique.

10 Protection du climat, efficacité énergétique et construction en bois – Bases

Chiffres des écobilans – base pour une comparaison écologique

3.1 Introduction Ces dix dernières années dans la construction en Suisse, l’importance de l’information environnementale liée aux produits n’a cessé de croître. Si lors de la planification d’un bâtiment, on se concentrait auparavant sur la minimalisation de l’énergie d’exploitation – à savoir l’optimisation du bilan thermique – on met toujours plus l’accent sur une prise en compte globale de l’importance des bâtiments pour l’environnement, par exemple dans le cadre des appels d’offres ou des certifications. Surtout au niveau international, les schémas d’appréciation et de certification des bâtiments représentent les tendances les plus récentes dans ce développement; ils ne visent souvent pas seulement les aspects environnementaux, mais une appréciation complète de la durabilité d’un bâtiment sur l’entier de son cycle de vie. Différents cahiers techniques et recommandations de la Société suisse des ingénieurs et architectes SIA

ou de la Conférence de coordination des services de la construction et des immeubles des maîtres d'ouvrage publics KBOB, et les outils de planification qui s’y rattachent, doivent soutenir méthodiquement les concepteurs et les décideurs dans une conception et une réalisation des bâtiments respectant l’environnement. Ils fournissent aussi souvent les valeurs caractéristiques correspondantes pour différents processus et matériaux de construction. Au chapitre 4.3, un bâtiment de référence est simulé en se basant sur ces documents et outils à l’aide de programmes de calcul adaptés. Mais d’où proviennent ces valeurs de références, sont-elles fiables et que doit-on savoir pour pouvoir travailler avec elles de manière judicieuse?

3.2 Bases méthodologiques: écobilans Lorsque les experts parlent de ‹UBPs›, ‹points EI99›, ‹GWP IPCC 2007 (100a)› ou d’énergie grise, ils suggèrent la notion d’écobilan (ou LCA = Life Cycle Assessment). Vers la fin des années 80, il est apparu que la seule prise en compte de l’énergie ou la mise en évidence de caractéristiques isolées d’un produit par un label n’étaient appropriées que de façon limitée à la description de l’impact sur l’environnement de produits ou de processus. La série de normes ISO 14040ss représente le fondement généralement accepté des écobilans. Elle détermine, certes à un niveau très général, les bases pour le calcul et l’appréciation des effets des produits sur l’environnement. Il est vrai qu’il est ainsi possible de faire une large utilisation de ces normes, mais il existe aussi une certaine marge d’interprétation dans des cas particuliers. Les écobilans différencient fondamentalement le bilan des flux de matières, par ex. matières premières, adjuvants, déchets, processus d’émissions dans le sol, l’eau et l’air (mot clef: bilan matériel) et l’appréciation de ces flux de substances – pour simplifier: l’appréciation de l’ensemble des émissions dans la nature provenant de tous ces flux de matières du point de vue de leur impact sur l’environnement (mot clef: estimation de l’impact). L’importance de cette différenciation et les méthodes usuelles d’appréciation en Suisse dans le bâtiment seront traitées ultérieurement. En raison de la marge de calcul, mais aussi d’une interprétation inexacte des chiffres, les valeurs des écobilans peuvent jouer de nombreux tours. En travaillant avec les données des écobilans, il faut être conscient des points suivants:

Des comparaisons ne sont judicieuses que si elles sont faites sur une même fonctionnalité; pour les produits de construction, il s’agit du contexte de leur utilisation dans le bâtiment. Le plus souvent, les comparaisons par kg ou par m³ ne se basent pas sur une même fonctionnalité; c’est pourquoi elles ne sont généralement pas pertinentes.4 La prise en compte des différentes durées de vie est fondamentale lors de la détermination de la fonctionnalité dans un objectif de comparaison. Des comparaisons sont judicieuses seulement si elles considèrent l’entier du cycle de vie, c’est-à-dire les éventuels transports ainsi que les phases d’utilisation et d’élimination, afin d’éviter des décisions erronées en raison de report de charges environnementales sur des phases non prises en compte. Un cadre méthodique 5 consistant et adapté à la problématique est une condition de base pour la comparabilité des chiffres des écobilans. Après ces quelques points sur la méthode, qu'en estil des chiffres? Par ex. pour le bilan de processus avec plusieurs produits ou l’utilisation d’un matériau recyclé ou l’aptitude au recyclage, respectivement la valorisation thermique d’un produit (mot clef: allocation).

Par ex. lors du bilan de processus impliquant plusieurs produits ou lors de l’utilisation de matériaux recyclés ou du recyclage, autrement dit de l’utilisation thermique d’un produit.

11 Protection du climat, efficacité énergétique et construction en bois – Bases

3.3 Ecoinvent, la base de toutes les données des écobilans en Suisse Lorsqu’un écobilan est calculé aujourd’hui en Suisse, les données utilisées proviennent le plus souvent de la banque de données ‹Ecoinvent› 6. Celle-ci, l’une des plus importantes bases de données mondiales pour écobilans, est gérée par le centre Ecoinvent, un groupement de différentes institutions du domaine des EPF. Ecoinvent rassemble plus de 4000 entrées de base de données relatives, entre autres, à la production d’électricité et de chaleur, aux transports, matériaux de construction, métaux, produits chimiques, matières synthétiques, processus d’élimination, qui sont élaborées et documentées selon des directives méthodologiques et qualitatives détaillées. Ces données forment aussi la base de l’ensemble des chiffres des écobilans tels qu’ils sont exposés dans les cahiers techniques de la SIA ou de la KBOB et soustendent les outils élaborés à partir de ces documents. Il vaut donc la peine de se remémorer quelques caractéristiques des données provenant d’Ecoinvent: 7 Les données Ecoinvent (et celles qui en sont tirées et publiées) représentent des processus et des produits moyens rapportés à la Suisse ou à l’Europe. Cela signifie que ces données peuvent être utilisées de manière correcte comme soutien à la décision, pour autant que les proportions utilisées dans leur élaboration ne soient pas modifiées par cette décision (ce qui pourrait être le cas dans les grands projets d’infrastructures). 8 Dans les données Ecoinvent, aucun crédit n’est attribué pour des produits interdépendants 9, le recyclage de matériaux ou l’énergie provenant de la valorisation thermique des déchets. D’un autre côté, pour une fabrication utilisant des matériaux recyclés, seul l’impact sur l’environnement de la collecte et du traitement est pris en compte. 10

3.4

Du point de vue du bois: il est vrai que le stockage de carbone dans les produits ligneux est intégré au bilan matériel, mais il n’en n’est pas tenu compte lors de son évaluation dans le calcul du potentiel de gaz à effet de serre (GWP – voir ci-dessous). Des banques de données de cette ampleur et de cette complexité sont confrontées à une difficulté: leur actualisation. Ces dernières années ce problème est encore accentué par le fait que le développement technologique et les exigences de la protection de l’environnement – notamment en réaction à la loi sur le CO2 – ont conduit à des améliorations notables des processus de production, ainsi qu’à une réduction de l’impact sur le climat et l’environnement. L’actualisation des entrées des banques de données est liée à une tâche importante de coordination (par ex. par une association); ainsi de telles améliorations de processus ne sont guère introduites dans les données actualisées des secteurs marqués par une forte proportion de PME. Il est donc d’autant plus réjouissant que l’Office fédéral de l’environnement s’engage, au cours des deux prochaines années, dans l’actualisation des données relatives aux processus forestiers et aux produits ligneux. 06

http://www.ecoinvent.org/ La banque de données Ecoinvent est actuellement en révision; les développements présentés se basent sur la version Ecoinvent 2.2.

Les spécialistes opposent les écobilans de ‹moyenne› qui sont descriptifs aux écobilans avec une approche ‹marginale› orientés vers la décision.

Avec plusieurs produits finaux issus d’un seul processus Les crédits sont bien le thème méthodologique le plus controversé de la démarche d’écobilan. Alors que les données dans Ecoinvent ne contiennent aucun crédit, la structure de cette base de données permet pourtant d’attribuer des crédits dans des écobilans spécifiques, en fonction de l’utilisation et de la position personnelle quant à ces valeurs.

Les écobilans dans la pratique

3.4.1 R ecommandation KBOB 2009/1 ‹Données des écobilans dans la construction› La recommandation KBOB 2009/1 ‹Données des écobilans dans la construction› 11 de la Conférence de coordination des services de la construction et des immeubles des maîtres d’ouvrage publics (KBOB) a certainement fourni une contribution importante pour l’utilisation des écobilans dans le bâtiment. Dans cette recommandation, les valeurs des écobilans issues d’Ecoinvent (et des études qui sont basées sur celui-ci) sont rassemblées pour tous les processus et produits importants de la construction, y compris la technique du bâtiment, les transports et la fourniture d’énergie. Cette liste représente la base pour différents instruments d’appréciation environnementale de produits de construction et de bâtiments, qui seront brièvement présentés ci-après. Il importe tout d’abord de retenir les points suivants:

A vec la reprise directe des données Ecoinvent pour les produits de construction, les directives méthodiques pour l’élaboration des données Ecoinvent deviennent les directives méthodiques pour les écobilans des produits de construction des pouvoirs publics en Suisse. Si les chiffres des écobilans doivent être actualisés dans la liste KBOB, ou dans les listes et outils qui en découlent, mais aussi dans les cahiers techniques de la SIA, il faut aujourd’hui presque obligatoirement passer par une actualisation des données dans Ecoinvent. 11

http://www.bbl.admin.ch/kbob/00493/00495/index.html?lang=fr

12 Protection du climat, efficacité énergétique et construction en bois – Bases

3.4.2 ‹Catalogue électronique d’éléments de construction› Le ‹catalogue électronique d’éléments de construction› 12 basé sur Internet et dynamique est le remplaçant moderne de la documentation SIA D0123 ‹Hochbaukonstruktionen nach ökologischen Gesichtspunkten› de 1995. L’utilisateur d’Internet peut choisir des parties de construction dans le catalogue, par ex. une maçonnerie double, et déterminer dynamiquement les variantes d’exécution en modifiant les différents matériaux et leur épaisseur. D’un clic de souris, les valeurs U et les valeurs caractéristiques actuelles pour les appréciations écologiques partielles (Cahier technique SIA 2032 ‹L’energie grise des bâtiments›) et l’appréciation d’ensemble (saturation écologique: points UBP de pollution de l’environnement) sont calculées et représentées sous forme de tableaux et de graphiques. En outre, le bilan du bâtiment peut être déterminé. Ces résultats générés en ligne sont disponibles pour l’utilisateur au format PDF, pour impression, ou sous forme électronique par le biais d’une interface XML pour les logiciels conçus à cet effet. Les résultats de ces calculs ne peuvent cependant être utilisés que pour des estimations sommaires, comme aide d’orientation dans l’avant-projet ou au premier stade de la conception du projet. La seule prise en compte des différentes couches d’une partie de construction néglige par ex. les raccordements, les éléments de fixation, les suspensions, etc. qui peuvent influencer de manière importante son profil écologique. Le bilan exact d’un bâtiment requiert donc des analyses détaillées. 13 3.4.3 Eco-devis et ECO-CFC Les éco-bilans peuvent paraître rébarbatifs aux yeux de certains concepteurs. C’est pourquoi l’association Eco-bau a développé l’instrument d’aide à la conception Eco-devis 14. Celui-ci indique graphiquement les prestations du point de vue écologique. Elles peuvent être introduites comme des composants supplémentaires dans les programmes habituels d’établissement de devis basés sur le catalogue d’articles normalisés du Centre suisse d’études pour la rationalisation de la construction (CRB). Ceci permet de mettre au concours les prestations de constructions qui chargent le moins l’environnement. Les informations importantes issues des Eco-devis sont rassemblées dans les recommandations ECO-CFC 15. L’évaluation des produits pour Eco-devis est notamment réalisée sur la base des déclarations écologiques selon la recommandation SIA 493 ‹Déclaration des caractéristiques écologiques des matériaux de construction›. Cette appréciation porte sur les effets sur l’environnement de la fabrication, la transformation, l’utilisation et l’élimination des matériaux de construction. L’énergie

grise est utilisée comme grandeur indicative pour la consommation des ressources et l’impact sur l’environnement lors de la fabrication d’un matériau de construction. Lors de la transformation, la quantité et le type d’émissions de composants organiques volatiles (VOC) sont au premier plan. Lors de l’utilisation, la présence dans les matériaux de composants importants pour l’environnement tels que, notamment, les produits ignifuges problématiques et leur aptitude à en émettre sont évaluées. Les possibilités de valorisation, l’impact sur l’environnement lors de l’incinération et le type de décharge constituent les critères d’appréciation pour l’élimination des produits. 3.4.4 Déclarations écologiques des produits et certifications des bâtiments Les chiffres des écobilans ont aussi atteint le monde des labels et des déclarations écologiques. La recommandation SIA 493 ‹Déclaration des caractéristiques écologiques des matériaux de construction› mentionnée ci-dessus permet à des sociétés de donner, dans une autodéclaration, des indications sur leurs produits destinées notamment aux écobilans. L’énergie grise des matériaux de construction selon le cahier technique SIA 2032 ‹L’énergie grise des bâtiments› a aussi fait son entrée comme critère de performance dans les labels bâtiments Minergie-Eco et Minergie-A. Il apparaît donc que l’importance de l’information environnementale des produits, basée sur les écobilans, ira croissante. D’une part, des informations sur l’impact sur le climat (exigence de base n° 3) et sur l’utilisation durable des ressources (exigence de base n° 7), destinées aux écobilans, sont désormais demandées pour la labellisation CE par le biais de l’ordonnance européenne sur les produits de construction. D’autre part, les activités de standardisation de la CEN TC 350 conduiront à une harmonisation au niveau européen des règles pour la déclaration écologique des produits et pour l’évaluation des bâtiments quant à leur durabilité. Ces développements, combinés à l’extension de la certification des bâtiments, augmenteront aussi à l’avenir le besoin de disposer d’informations écologiques basées sur des écobilans fondées, actuelles et spécifiques au fabricant. http://www.bauteilkatalog.ch

Une approche dans ce sens est actuellement élaborée dans le cadre de la CEN TC 350 pour l’appréciation de la durabilité des bâtiments. La possibilité d’appliquer cette norme dans la pratique doit encore être démontrée.

http://www.eco-bau.ch/index.cfm?ID=16&Nav=15

http://www.eco-bau.ch/index.cfm?Nav=15&ID=15

13 Protection du climat, efficacité énergétique et construction en bois – Bases

3.5 Que recouvrent les indicateurs utilisés? Différents indicateurs relatifs à l’impact sur l’environnement des produits de construction et des bâtiments sont présentés dans les instruments mentionnés ci-dessus et dans les exemples donnés plus loin. Que recouvrent cependant ces indicateurs et quelle est leur pertinence? 3.5.1 L’énergie grise selon le cahier technique SIA 2032 ‹L’énergie grise des bâtiments› L’énergie grise selon le cahier technique SIA 2032 ‹L’énergie grise des bâtiments› 16 quantifie comme énergie primaire non renouvelable la charge énergétique cumulée des agents énergétiques fossiles, nucléaires, ainsi que du bois du déboisement des forêts primaires. Ainsi, pour chaque agent énergétique non renouvelable consommé, il faut extrapoler sur toute la chaîne de préparation, les quantités prélevées dans la nature de pétrole brut, de gaz naturel, d’uranium, etc., exprimées en MJ. La façon dont ceci se répercute sur la fabrication et l’exploitation de différents édifices apparaît clairement dans l'exemple de bâtiment des chapitres 4.3.2 et 4.3.4. 3.5.2 L’énergie primaire totale L’‹énergie primaire totale› quantifie, en plus de l’‹énergie primaire non renouvelable›, la charge énergétique cumulée des agents renouvelables. Ceux-ci regroupent l’énergie hydraulique, le bois/biomasse tirés de l’exploitation durable, les énergies solaire, éolienne, géothermique et de l’environnement. Avec ces indices, la quantité d’énergie (énergie finale) apportée à un bâtiment est calculée selon le cahier technique SIA 2031 ‹Certificat énergétique des bâtiments› et évaluée dans le cahier technique SIA 2040 ‹Objectifs de performance énergétique›. A plusieurs reprises, cet indicateur a aussi été présenté pour des matériaux de construction individuels, par exemple dans la recommandation KBOB 2009/01 ou dans le ‹Catalogue électronique d'éléments de construction›. Il a été signalé avec insistance que cet indicateur n’est pas approprié pour l’appréciation des matériaux de construction car il traduit le prélèvement d’une ressource et non la consommation d’une énergie. 17 Puisque la quantité d’énergie contenue dans le bois est considérée comme le prélèvement d’une ressource, une construction en bois est en général liée à une utilisation nettement plus élevée d’énergie primaire totale que les autres constructions comparables – ceci bien que cette quantité d’énergie soit disponible après utilisation pour la récupération d’énergie. La conclusion pour le bois, tirée de cet indicateur, serait d’utiliser le bois directement comme agent énergétique plutôt que plusieurs fois en cascade, comme matériau de construction et agent énergétique. Ceci contredit tous les résultats d’études telles que par ex. celles citées au chapitre 2.2 sur un emploi durable du bois et est en claire contradiction avec la politique des ressources de la Confédération selon laquelle la

demande pour des produits ligneux devrait augmenter et la ressource être utilisée plusieurs fois en cascade. 18 3.5.3 Potentiel en gaz à effet de serre (GWP) ou empreinte carbone Dans le cadre de la discussion sur le climat et en tant qu’‹empreinte carbone› (Carbon footprint), le potentiel en gaz à effet de serre (Global Warming Potential GWP) a pris beaucoup d’importance ces dernières années. 19 Le potentiel en gaz à effet de serre est une valeur caractéristique liée au réchauffement climatique et ramène l’impact cumulé 20 de différents gaz à effet de serre à celui du CO2. C’est pourquoi le GWP est exprimé en équivalent CO2. C’est l’un des indicateurs possibles pour l’effet sur le climat qui se calcule en se basant sur la capacité cumulée d’absorption de rayonnement d’une substance durant un temps déterminé, habituellement 100 ans. Il est vrai que les indicateurs mentionnés plus haut ne représentent qu’un aspect partiel de l’impact d’un produit sur l’environnement, mais ils sont dans une certaine mesure calculables de manière fiable car ils sont en général fortement corrélés à la consommation d’énergie qui est connue de manière relativement exacte. 3.5.4 Indice de charge polluante (Ecopoints) La méthode de l’‹indice de charge polluante› (Ecopoints UPB 2006) offre dans son évaluation une image des impacts sur l’environnement qui correspondent aux objectifs de la politique suisse de l’environnement. Les Ecopoints quantifient les nuisances environnementales découlant de l’utilisation des ressources énergétiques, de la terre et de l’eau douce, des émissions dans l’air, dans les cours d’eau et dans le sol, ainsi qu’au travers de l’utilisation des emplacements de décharges. Lors du calcul des Ecopoints, les flux de matière et d’énergie émis par un produit sont systématiquement comparés avec les flux maximaux admissibles selon la législation suisse. 21 La définition dans ce cahier technique s’écarte de celle de l’énergie grise dans la série de publication Environnement 307 de l'Office fédéral de l’environnement ‹Appréciation écologique à l'aide de l'énergie grise›. Dans cette dernière, l’énergie hydraulique est comptée comme énergie grise non renouvelable; par conséquent ses valeurs sont notablement plus élevées.

Ceci est aussi valable pour l’énergie grise des plastiques. OFEV 2008, Politique de la ressource bois; Stratégies, buts et Plan d’action bois

Une discussion intéressante a lieu actuellement sur la rationalité d’une limitation de la consommation d’énergie dans le cadre de la société 2000 Watt si, à côté des aspects de ressources pour les agents énergétiques non renouvelables, il ne faut pas avant tout tendre, pour des questions environnementales, à une limitation des rejets de CO2.

C’est pourquoi cet indicateur ne doit être mis sur le même niveau que le rejet de CO2 lié à l’emplacement, objet de conventions avec la Confédération sur les objectifs, dans le cadre de la loi sur le CO2.

Il en découle que les Ecopoints sont aussi désignés ‹méthode de la saturation écologique›.

14 Protection du climat, efficacité énergétique et construction en bois – Bases

Il est vrai qu’un examen approfondi de l’impact des produits sur l’énergie grise, ou sur le potentiel de gaz à effet de serre est souhaitable, mais les résultats de telles méthodes détaillées sont pénalisés par de grandes incertitudes, en particulier parce que les connaissances sur les émissions des processus, en absence de mesures, sont en général clairement plus faibles que celles dépendant de l’énergie et parce que l’estimation de l’effet d’une émission isolée, du point de vue de différents problèmes environnementaux, doit s’appuyer sur de très nombreuses simplifications. 22

l’environnement d’un produit sur la base d’autres potentiels d’impact – ‹problèmes environnementaux› – tels que acidification, ‹smog estival›, fertilisation excessive, etc. Une appréciation écologique basée sur différents potentiels d’impact est par exemple prévue dans les normes européennes en préparation sur l’appréciation de la durabilité des bâtiments du CEN TC 350; pour le moment dans le domaine de la construction en Suisse, de tels indicateurs ne jouent pas un rôle prépondérant. C’est pourquoi, dans les écobilans, on parle le plus souvent de potentiels d’impact.

3.5.5 Autres méthodes et aperçu De multiples autres méthodes d’appréciation pour l’estimation de l’impact ont encore été développées, surtout celles qui, en analogie avec le potentiel de gaz à effet de serre, classent et quantifient l’impact sur

3.6 Le bois dans les écobilans Comment se situe réellement le bois dans les écobilans en comparaison des autres matériaux? Plus de 15 ans d’écobilans ont montré ce qui suit pour les produits ligneux, comparés avec des produits de même fonctionnalité: 23 Les produits ligneux présentent en principe un profil écologique plus favorable que des produits comparables constitués d’autres matériaux. Ceci est particulièrement valable pour la consommation d’énergie totale (sans l’énergie emmagasinée dans le bois luimême), l’énergie grise ou le potentiel de gaz à effet de serre, mais aussi pour la production, plus faible, de substances à mettre en décharge. Selon la nature du produit, la consommation en énergies renouvelables lors de la fabrication est plus élevée que pour d’autres articles comparables, surtout parce qu’une grande partie de celle-ci est emmagasinée dans le produit lui-même et peut être valorisée à la fin de la durée d’utilisation de ce dernier. Les produits traités avec une préservation du bois tendent à présenter des valeurs plus élevées par rapport aux indicateurs toxicologiques et à l’ozone (en fonction du genre de traitement de préservation du bois). Les nouvelles générations de produits de préservation du bois sans métaux – et aussi la protection constructive du bois – semblent être ici une voie appropriée afin de réduire ces impacts sur l’environnement. La combustion de produits ligneux peut induire, pour les indicateurs d’acidification et de fertilisation excessive, des valeurs plus élevées que pour des produits comparables. Cependant, l’énergie peut être récupérée et, au travers de la substitution de combustibles conventionnels ou d’électricité, conduire à un soulagement de l’environnement.

Le profil écologique des produits ligneux n’est en principe pas dominé par le bois. Par ex. pour les panneaux constitués pour une part importante de restes de bois, les combustibles nécessaires à la production de chaleur de séchage ou la haute teneur en colle sont plus décisifs. Dans les applications constructives, une proportion souvent élevée d’acier dans la technique d’assemblage conduit à une élévation manifeste du profil écologique des produits ligneux. L’écobilan des maisons en bois est le plus souvent dominé par des matériaux qui se situent hors du domaine d’utilisation du bois, par ex. au travers du sous-sol / des fondations, des mesures de protection contre l’incendie et le bruit, de la technique du bâtiment. Ainsi, par exemple, les valeurs pour l’énergie grise des maisons en bois sont environ 10 à 15 % plus basses que celles des édifices en construction massive (voir aussi chapitre 4.3.3.2). Il a aussi été mis en mis en évidence que le résultat de telles comparaisons dépend étroitement de la méthodologie et des valeurs implicites. L’industrie du bois est ici contrainte de poursuivre les efforts de normalisation relatifs à l’évaluation de la durabilité des produits de construction et des immeubles. D’autant plus que les avantages écologiques du bois doivent être communiqués aux concepteurs ainsi qu’aux décideurs et rendus accessibles de manière simple dans le processus de conception. Werner F., Richter K. 2007: Wooden building products in comparative LCA; a literature review. International Journal for Life Cycle Assessment, 12(7): 470 – 479

15 Protection du climat, efficacité énergétique et construction en bois – Bases

Construction et exploitation des bâtiments

4.1 Examen des modèles 4.1.1 Dans la jungle des labels de la construction: qu’est-il demandé? La construction en bois est-elle suffisamment écologique pour pouvoir renoncer aux labels ou aux certificats? L’aperçu des systèmes d’évaluation montre que les exigences posées aux constructions énergétiquement performantes sont complétées, de façon croissante, par des critères plus étendus parmi lesquels la durabilité peut mettre en lumière les multiples qualités de la construction en bois. 4.1.2 Bâtiments énergétiquement performants La gamme des bâtiments énergétiquement performants s’étend des standards de construction prescrits par loi, autrement dit conforme à la norme SIA 380/1 ‹L’énergie thermique dans le bâtiment›, jusqu’aux standards volontaires Minergie, Minergie-P ou Minergie-A. En Suisse, une maison neuve sur sept est effectivement dotée d’un certificat Minergie. Depuis son introduction il y

Figure 7 : Indice pondéré de dépense d’énergie chaleur en équivalent litre pétrole par m2 des dispositions légales et des standards pour les bâtiments

a un peu plus de dix ans, ce standard pour les constructions a atteint 15 % de parts de marché et souligne combien une meilleure efficacité énergétique et un confort plus élevé sont maintenant recherchés. Un nombre croissant de maîtres d’ouvrage montre ainsi sa propension à aller volontairement plus loin dans ce sens que ce qu’exige le législateur par les dispositions de la norme SIA 380/1 ‹L’énergie thermique dans le bâtiment›. Pour le standard Minergie, la protection thermique au niveau de l’enveloppe de l’édifice doit être améliorée de telle sorte que les besoins de chaleur pour le chauffage du bâtiment soient réduits d’environ 20 % par rapport au standard minimum légal. Ce label donne en outre une valeur limite pour l’efficacité énergétique globale. Mais ce n’est pas seulement un indice énergétique ambitieux: il en résulte, en tant qu’effets secondaires recherchés, des conditions d’habitation confortables. Dans une maison Minergie, un système mécanique d’aération assure le renouvellement systématique de l’air.

Indice pondéré de dépense d’énergie chaleur des nouvelles constructions 25

20 15

10 4,2

4,8

3,8 3

5 0

Bâtiments neufs 1975

Mod. d’ordonnance 1992

Modèle de prescription 2000

Minergie 1998

Au-delà des questions techniques, les maisons familiales en bois, de conception sobre et moderne sont fréquemment assimilées aux objets certifiés Minergie. De fait, ce sentiment n’est pas si faux; il est même aisé de vérifier l’hypothèse selon laquelle la construction en bois permet de créer des conditions favorables pour une maison avec une performance énergétique supérieure à la moyenne, si l’on songe aux propriétés esthétiques, mais aussi fonctionnelles et constructives du bois, matériau naturel. Car, contrairement à la construction massive, les couches porteuse et isolante se confondent dans l’ossature en bois, ce qui rend les parois plus minces. C’est pourquoi, afin d’atteindre les valeurs élevées d’efficacité énergétique exigées, la construction en bois est choisie comme principe constructif de nombreux bâtiments au standard Minergie-P. Pourtant plus les exigences sont élevées, moins la réduction des

Modèle de prescription 2008

Minergie 2009

Minergie-P

0 Minergie-A

pertes de transmissions au travers de l’enveloppe de l’édifice suffit à les respecter. Les nouvelles constructions, avec des besoins de chaleur pour le chauffage si réduits qu’il est possible de renoncer à un chauffage conventionnel, sont avantageusement adaptées – tant architecturalement que constructivement – de manière à bénéficier passivement du soleil d’une part par l’orientation du bâtiment, d’autre part par une forme compacte, caractérisée par un rapport le plus réduit possible entre la surface périphérique et le volume. Puisque la construction en bois est jugée légère et pourvue d’une faible masse d’inertie thermique, elle est souvent complétée par des éléments (dalles) ou un noyau minéral. La maison Minergie-P – qu’elle soit ou non en bois – est, du point de vue de l’énergie, au moins trois fois plus performante que la moyenne des maisons d'il y a vingt ans.

16 Protection du climat, efficacité énergétique et construction en bois – Bases

4.1.3 Evolution du minimum légal Dans la foulée des concepts de construction innovants et des standards volontaires, le niveau de l’état de la technique usuel sur le marché s’est accru. C’est ainsi que les prescriptions valables pour les nouvelles constructions ont divisé par deux les besoins de chaleur pour le chauffage en comparaison de celles d’il y a dix ans. Ce bond dans l’efficacité a été réalisé grâce au Modèle de prescriptions énergétiques des cantons (MoPEC) établi en 2008 par la Conférence des directeurs cantonaux de l’énergie (EnDK). Avec lui, les besoins de chaleur pour le chauffage ont diminué des 9 litres d’équivalent huile de chauffage (par m² de surface de référence énergétique) qui prévalaient jusqu’alors, à 4,8 litres. La mise en pratique du modèle de prescriptions dans les différents cantons a depuis bien progressé; presque tous ont entre temps adapté leurs législations sur les constructions et l’énergie à la proposition d’harmonisation nationale de l’EnDK, du moins en ce qui concerne les justificatifs énergétiques plus sévères pour les nouvelles constructions. Mais entre le niveau minimal légal et le standard Minergie, il subsiste encore de grandes différences. Celles-ci ne reposent cependant pas seulement sur la qualité thermique améliorée de l’enveloppe d’un édifice certifié. Pour le label du bâtiment, il faut ainsi également considérer la performance énergétique totale, ce qui implique qu’outre la valeur limite Minergie ‹chaleur› (auparavant: ‹valeur cible›) les besoins énergétiques pour l’eau chaude, l’installation d’aération, ainsi que les appareils auxiliaires de la technique du bâtiment sont aussi limités. Les agents énergétiques renouvelables sont intégrés aux prescriptions légales qui exigent une part minimales de ceux-ci pour la production de chaleur et le chauffage des bâtiments. De même, leur utilisation pour le respect des standards volontaires de bâtiments est extrêmement précieuse et même parfois exigée. Au premier rang se trouvent les installations solaires thermiques (capteurs solaires), les pompes à chaleur et les chauffages à bois. Pour le label Minergie-A, qui existe depuis le début de 2011, l’utilisation des énergies renouvelables est même une condition: en moyenne annuelle, les maisons certifiées Minergie-A doivent couvrir d’elle-même leur besoin énergétique. De plus, elles sont tenues d’attester que pour ce faire, elles n’ont eu recours qu’à une part limitée d’énergie grise.

4.1.4 Autres paramètres écologiques Des analyses 24 détaillées de bâtiments existants montrent qu’en moyenne ils contiennent en fait largement moins d’énergie grise – utilisée pour la fabrication et le transport des matériaux mis en œuvre – que d’énergie nécessaire à leur exploitation au cours de leur cycle de vie. Mais, dans les bâtiments énergétiquement performants les deux proportions se rapprochent de manière sensible, d’autant plus que l’énergie grise des enveloppes des édifices étanches à l’air et mieux isolées s’élève légèrement (voir chapitre 4.3.3.2). Comme l’indique l’étude qui suit, il importe de faire également le bilan de l’énergie grise pour les constructions énergétiquement performantes, ainsi que pour la réalisation de concepts de bâtiments durables. Une procédure d’appréciation consolidée pour les aspects spécifiques aux ressources et à l’écologie du bâtiment existe par exemple dans le suffixe ‹Eco› du label Minergie qui comprend notamment le recensement de l’énergie grise de tous les matériaux de construction mis en œuvre (selon le cahier technique SIA 2032 ‹L’énergie grise des bâtiments›). En outre, l’accent est aussi mis sur la flexibilité des systèmes constructifs et sur leur aptitude à la déconstruction, ainsi que sur la mise en œuvre de matériaux recyclés et de produits dotés de labels tels que Natureplus ou Blauer Engel. Un bâtiment certifié Minergie-Eco doit de plus satisfaire à d’autres exigences quant à la santé. Il importe notamment d’évaluer les proportions de lumière du jour ainsi que les éventuelles immissions de bruit et de rayonnement ionisé. De plus, une charge réduite en substances polluantes est utile pour un bon climat intérieur. Les facteurs d’énergie primaire non renouvelable importants pour le domaine du bâtiment sont exposés dans le cahier technique SIA 2040 ‹Objectifs de performance énergétique›.

17 Protection du climat, efficacité énergétique et construction en bois – Bases

4.1.5 Evaluation complète de la durabilité L’évaluation d’un bâtiment qui doit satisfaire aux prescriptions de la société 2000 Watts donne un poids encore plus important aux besoins en ressources finales. Dans ce cas, il s’agit essentiellement du bilan de l’énergie primaire qui représente, comme décrit au chapitre 3.5, la somme de l’énergie finale utilisable et de la consommation de ressources de l’ensemble de la chaîne préalable de transformation et de transport. Ceci se rapporte en premier lieu à la production des matériaux de construction, raison pour laquelle des ressources renouvelables telles que le bois doivent être évaluées favorablement. Selon le cahier technique SIA 2040 ‹Objectifs de performance énergétique›, les bâtiments compatibles 2000 Watts doivent respecter une valeur cible pour la fabrication, l’exploitation et la mobilité. De nombreuses nouvelles constructions ou d’anciens

Figure 8 : Valeurs cibles selon le cahier technique SIA 2040 ‹Objectifs de performance énergétique› pour les domaines de l’exploitation, de la fabrication et de la mobilité. Source: Amt für Hochbauten, Zurich

bâtiments rénovés, parmi lesquels des habitations et des locaux commerciaux, ont déjà été planifiés et érigés conformément à ce document. Alors que les labels pour les bâtiments tels que Minergie considèrent le système ‹maison› en tant que cadre fixe d’évaluation, le cahier technique SIA 2040 ‹Objectifs de performance énergétique› est, pour la première fois, étendu à l’emplacement du bâtiment et donne à son sujet une information quantitative. L’accès par les transports publics, plus précisément la charge de la mobilité individuelle, devient ainsi un indicateur pour un bâtiment durable, ce qui est correct dans la mesure où la mobilité entraîne une aussi forte consommation d’énergie que celle de la moyenne du parc immobilier non performant.

Répartition usuelle de l’énergie primaire et des gaz à effet de serre pour les bâtiments compatibles 2000 Watts 100 %

59%

66%

19%

12%

45 %

57 %

16 %

38 %

25%

14%

53%

31%

80 % Exploitation 60 % 40 % Fabrication 20 % Mobilité 0 %

22% 22% nouveau transformation Energie primaire totale

30% 30% nouveau transformation Energie primaire non renouvelable

Les labels conçus pour le marché immobilier international tels que le BREEAM anglais, le DGNB-Siegel allemand et le certificat Leed des USA cherchent à représenter le plus largement possible les aspects de la durabilité d’un bâtiment. Par conséquent, leurs grilles d’évaluation intègrent un large éventail d’indicateurs sociaux, économiques et écologiques dont la facilité d’évaluation diffère cependant. En tant qu’appréciation de durabilité, uniquement qualitative mais au moins aussi pertinente, la recommandation SIA 112/1 ‹Construction durable –

31% 31% nouveau transformation Gaz à effet de serre

Bâtiment› peut être considérée en alternative. La multitude de critères à observer pour la construction (emplacement, matériau, exploitation) semble énorme, pourtant il faut remarquer qu’un bâtiment répondant à ces critères offre bien plus qu’une simple conformité à quelques exigences accrues dans des domaines sectoriels.

18 Protection du climat, efficacité énergétique et construction en bois – Bases

Figure 9 : Durabilité dans la construction. Source: Amt für Hochbauten, Zurich

Durabilité dans la construction Société

Environnement

Economie

Recommandation SIA 112/1 ‹Construction durable – Bâtiments› Cahier technique SIA 2040 ‹Objectifs de performance énergétique› Eco Bien-être, Santé air intérieur lumière bruit

Energie grise, matériaux matière première, disponibilité, flux charge environnementale déconstruction

Structure du bâtiment flexibilité Coût d’exploitation et de maintenance accessibilité séparation des systèmes

Minergie-P Confort confort thermique protection thermique d’été renouvellement de l’air systématique

Energie de fonctionnement climat intérieur, enveloppe eau chaude appareil ménagers éclairage

Installations d’exploitation Infrastructure (mobilité) choix de l’emplacement accès équipement technique

communauté aménagement exploitation et liaison sécurité

déchets eau sol, paysage

coûts d’aménagement coûts d’exploitation coût du cycle de vie

19 Protection du climat, efficacité énergétique et construction en bois – Bases

4.2

Production de chaleur contemporaine et durable et technique du bâtiment intelligente

En Suisse, près de 45 % des besoins en énergie primaire sont imputés aux bâtiments. Cette forte proportion dénote un grand potentiel d’économies. Cela implique d’accroître la performance totale pour la fabrication, l’exploitation et la déconstruction des bâtiments et d’augmenter la part des énergies renouvelables pour la production de chaleur. Les agents énergétiques indigènes tels que le bois et le soleil se complètent idéalement dans le domaine du chauffage et peuvent être valorisés de multiples façons. 4.2.1 L’énergie du bois en général Pendant des millénaires, le bois a été la seule source d’énergie utilisée activement par l’être humain. Depuis la révolution industrielle, les énergies fossiles et l’électricité ont acquis une importance toujours plus grande. En Suisse aujourd’hui, environ 635 000 chauffages à bois de tout type sont installés. Selon la statistique suisse de l’énergie du bois, en 2009 ils ont produit au total 6 900 GWh d’énergie thermique et 150 GWh d’énergie électrique. Ils couvrent ainsi près des 4 % de la consommation totale d’énergie de la Suisse ou environ 8 % de la production de chaleur. Après l’énergie hydraulique, l’énergie du bois est le deuxième plus important agent énergétique indigène. Avec le potentiel supplémentaire utilisable en déchets d’exploitation, en restes de bois des entreprises de transformation et en bois de récupération, l’utilisation de l’énergie du bois pourrait être augmentée de moitié sans concurrencer les assortiments de haute valeur. Comme mentionné au chapitre 1, les objectifs de la politique énergétique suisse sont, entre autres, de baisser la consommation des énergies fossiles et les émissions de CO2 en dessous du niveau de 1990. L’énergie du bois joue un rôle important dans ce contexte. Au travers d’une augmentation massive de l’efficacité énergétique dans le parc immobilier, il est envisageable que le bois chauffe un jour le quart des immeubles suisses. 4.2.2 Bois en morceaux La forme la plus ancienne de l’utilisation énergétique du bois est la combustion de bois en morceaux. Selon l’ordonnance sur la protection de l’air, il est constitué de bois à l’état naturel et en morceaux, y compris son écorce, en particulier les bûches, les briquettes, les brindilles et les pives. Bien séché et correctement stocké, il est encore aujourd’hui un combustible innovant qui peut rendre de multiples services: comme chauffage d’appoint dans les logements, comme chauffage général dans les maisons performantes énergétiquement ou dans une chaudière mixte. Le stockage et le conditionnement du bois en morceaux sont très importants pour une combustion propre. Son humidité doit s’élever au maximum à 20 %, valeur atteinte en 1 à 2 ans par un entreposage dans un lieu ensoleillé et ventilé, protégé de la pluie et de l’humidité du sol. Un allumage cor-

rect permet de remplir la deuxième condition pour un chauffage à bois pauvre en émissions. 4.2.3 Plaquettes ou bois déchiqueté Les plus petits chauffages à plaquettes de bois sont disponibles avec une puissance nominale d’environ 20 kW et conviennent pour des maisons individuelles d’un ou plusieurs logements, ainsi que pour de petites entreprises artisanales. Les chauffages à plaquettes de bois sont cependant surtout réalisés dans une gamme de puissances allant de 200 kW à 2 MW et fréquemment combinés avec un réseau de chauffage à distance. Les plaquettes de bois sont appropriées à une alimentation automatique du combustible et sont brûlées dans un foyer à poussée inférieure ou à grille. Les premiers sont mis en œuvre dans les installations de puissance inférieure et nécessitent, comme combustible, des plaquettes séchées à un taux d’humidité maximal de 35 %. Les seconds peuvent aussi brûler des plaquettes provenant directement de la forêt avec un taux d’humidité jusqu’à 60 %. Les matières premières pour les plaquettes de bois sont le bois énergie de la forêt, le bois de l’entretien du paysage, le bois provenant d’éclaircies et aussi, pour les foyers adaptés, les résidus fournis par les entreprises de transformation du bois. Si des résidus de bois sont brûlés, le foyer est soumis à une obligation de mesure. Le séchage des plaquettes est réalisé par un entreposage intermédiaire dans des halles. 4.2.4 Pellets En Suisse, le premier chauffage automatique à bois utilisant des pellets – le combustible normalisé tiré du bois – a été installé en 1998. Les pellets pour chauffages centraux et poêles ont un diamètre de 6 à 8 mm et une longueur de 5 à 45 mm. Ils sont constitués essentiellement de sciure et de copeaux de bois non traités. Cette matière première de grande valeur est séchée et extrudée avec une pression élevée au travers d’une matrice, sans adjonction de liants. La lignine contenue dans le bois est mobilisée par la chaleur due aux frottements lors du pressage et assure ensuite la cohésion du pellet. Un kilogramme de pellets contient presque autant d’énergie qu’un demi-litre de mazout. Grâce à leur haute densité en énergie, les pellets ne demandent pour leur entreposage, à quantité d’énergie égale, que la moitié du volume de celui du bois en morceaux bien sec. 4.2.5 Solutions sur mesure grâce à différentes techniques Les chauffages à bois modernes, correctement gérés, atteignent des hauts rendements avec des émissions réduites et respectent sans problème les limites sévères de l’ordonnance sur la protection de l’air (voir figure 10).

20 Protection du climat, efficacité énergétique et construction en bois – Bases

Figure 10 : Processus pour le choix d’un chauffage optimal

La voie vers un chauffage au bois optimal Besoins en chaleur et charge bois comme combustible d’exploitation complémentaire avec alimentation manuelle Exigences posées au climat atmosphère ‹coin du feu› intérieur exigences de confort réduites

bois comme combustible principal avec alimentation manuelle toujours et partout 20 °C

bois comme combustible principal avec alimentation automatique toujours et partout 20 °C

Catégorie de bâtiment

locaux individuels étage unique maison unifamiliale

maison unifamiliale, maison en bande, petit immeuble locatif

maison unifamiliale et immeuble locatif, bâtiment public, lotissement, chauffage à distance

Type

cheminée fermée, fourneau cuisinière à bois, poêle à accumulation, poêle à pellet

cheminée fermée, cuisinière à chauffage central, poêle à accumulation avec chauffe eau, chaudière avec chauffe eau

cheminée fermée, chauffage à pellet, foyer à poussée inférieure, chauffage à injection

En combinaison avec l’énergie solaire

oui

4.2.6 Combinaison de l’énergie solaire et du bois La récupération de la chaleur du soleil est réalisée par des capteurs solaires plans ou à vide d’air. L’élément central de ceux-ci est constitué par des absorbeurs tournés vers le soleil qui emmagasinent la chaleur captée dans un stock d’énergie tampon. L’énergie solaire sert à chauffer l’eau sanitaire et peut en outre participer au chauffage des locaux. Pour la récupération de la chaleur du soleil, des capteurs plans vitrés sont en général mis en œuvre. Si l’exposition des façades et des toits n’est pas optimale, il est recommandé d’utiliser des capteurs à vide d’air. Il existe de nombreuses opportunités de combiner l’énergie solaire et le bois. Leur symbiose dans les maisons à une ou à plusieurs familles est bien connue. Au travers de la complémentarité optimale de leurs forces et de leurs faiblesses, l’efficacité de ces deux agents énergétiques renouvelables peut être maximisée. Quand en été le soleil brille avec une grande intensité, le fonctionnement d’un chauffage à bois n’a aucun sens. En hiver, c’est exactement le contraire. En Suisse, le couplage d’installations solaires avec des chauffages à distance fonctionnant aux plaquettes de bois ou aux pellets est encore peu répandu. Coldrerio (TI) a réalisé il y a quelques années un chauffage à distance pour la fourniture de chaleur aux bâtiments propriété de la commune. Bien qu’un réseau de gaz fût présent et que quelques bâtiments communaux fussent déjà chauffés au gaz, Coldrerio a pris la décision de se tourner vers les plaquettes de bois. Avec

52% de sa surface recouverte de forêts, le Tessin est riche de cet agent énergétique indigène. Aujourd’hui la maison communale, des jardins d’enfants, des écoles primaires, la salle polyvalente, la halle de gymnastique et les vestiaires de la place de sport sont déjà reliés au réseau de chauffage. Afin de couvrir, en été, les besoins en eau chaude des vestiaires de la place de sport, le toit de la salle de gymnastique a été muni de 30 m² de capteurs solaires thermiques. Les autres bâtiments raccordés au réseau de chauffage ont un besoin très réduit en eau chaude; celle-ci peut être produite de façon décentralisée. Ceci permet à la centrale de chauffage équipée d’une chaudière à plaquettes de 550 kW, complétée par une chaudière à gaz de 126 kW pour couvrir les pointes de consommation, d’être en service uniquement pendant la saison de chauffage évitant ainsi un fonctionnement inefficace à charge partielle. En hiver, l’énergie solaire récupérée est stockée dans le réseau de chauffage et aide à réduire la consommation de plaquettes. Afin d’atteindre des émissions minimales de particules, l’installation est munie d’un séparateur électrique de poussières. A Coldrerio, 85 % des bâtiments communaux sont déjà chauffés par le réseau de chauffage.

21 Protection du climat, efficacité énergétique et construction en bois – Bases

4.2.7 Emissions Les chauffages à bois émettent des poussières fines, mais il existe de grandes différences en fonction, d’une part du type de foyer (automatique ou alimenté à la main) et d’autre part de leur âge. Ces 20 dernières années, la technique des chauffages à bois a fait de grands progrès: le taux de rendement des installations s’est élevé par étapes et l’émission de poussières a été réduite de manière décisive. Aujourd’hui, les émissions de poussières peuvent être encore plus réduites par des mesures secondaires. Celles-ci sont maintenant disponibles pour toute la gamme de l’utilisation de l’énergie du bois et couvrent toutes les catégories de puissance, depuis le poêle à bûches du séjour jusqu’aux grandes chaudières automatiques. Par exemple, il est possible de trouver de simples séparateurs électriques pour poêle d’appartement ou des filtres en tissus, des lavages de fumées (nettoyage humide) et des séparateurs électriques en plaque pour de grandes installations. Il importe, déjà lors de la phase de conception, de réserver une place suffisante pour la prise en compte de ces mesures secondaires. 4.2.8 Ordonnance sur la protection de l’air et objectifs de politique énergétique L’Ordonnance sur la protection de l’air (Opair) indique les valeurs limites d’émissions et la qualité de tous les combustibles, y compris le bois utilisé à des fins énergétiques. Elle décrit ainsi par ex. que les chauffages à bois d’une puissance de plus de 70 kW ne doivent

Figure 11 : Capteurs solaires thermiques sur le toit de la halle de gymnastique de Coldrerio

Figure 12 : Remplissage de l’installation du réseau de chauffage de Coldrerio Figure 13 : Séparateur de particules pour de petits chauffages à bois

pas émettre plus de 50 mg de poussière par mètre cube normalisé Nm³. Pour les chauffages à bois d’une puissance supérieure à 500 kW, la valeur limite se situe à 20 mg/Nm³. Les foyers doivent en outre être équipés d’un séparateur de poussières fines correspondant. Dans le cadre de la politique climatique de la Confédération, l’utilisation de l’énergie du bois est un facteur important pour atteindre l’objectif d’une réduction des gaz à effet de serre. Dans ce cadre, la performance et les énergies renouvelables sont en symbiose. Mais, surtout en milieu urbain, ces valeurs limites peuvent entraver l’utilisation de l’énergie du bois. Car dans ce cas, les émissions de poussière et de bruit sont plus fortement pondérées. Les alternatives au bois sont avant tout les pompes à chaleur qui fonctionnent avec la chaleur de l’environnement ou du sol. L’utilisation de pompes à chaleur ne produit pas de poussières fines et peut même éventuellement servir pour le refroidissement en été (installations avec chaleur du sol, passive). Pour atteindre la société 2000 Watts, l’utilisation d’énergies renouvelables et l’accroissement de l’efficacité dans le parc immobilier sont indispensables. De plus, il faut une coordination judicieuse de tous les agents énergétiques renouvelables, que ce soit pour la production de courant ou l’utilisation de la chaleur. A cet effet, l’Opair se préoccupe du fait que l’utilisation de l’énergie du bois se déroule dans un cadre qui corresponde à l’état le plus récent de la technique des installations et qu’ainsi elle ne soit pas significative pour la santé.

22 Protection du climat, efficacité énergétique et construction en bois – Bases

4.3 La construction sous l’angle de l’énergie, de l’écologie et du confort

pertes de chaleur par ventilation gains solaires

gains internes

pertes de chaleur par transmission

Figure 14 : Flux thermiques dans le bâtiment

Dans la publication Elément 29 ‹Protection thermique dans le bâtiment› (2010, Faktor Verlag), les auteurs Thomas Frank et Dr. Andreas Queisser s’appuient sur la simulation dynamique pour faire les constations suivantes: ‹Les processus thermiques dans le bâtiment sont naturellement liés au temps, c'est-à-dire qu’ils sont non stationnaires. Les modèles de bilan habituels stationnaires basés sur les valeurs U, comme par exemple le processus de calcul selon la norme SIA 380/1 ‹L’énergie thermique dans le bâtiment› ne sont pas appropriés pour tirer des conclusions sur le confort ou les besoins de chaleur pour le chauffage ou de refroidissement réels. C’est pourquoi, pour définir l’évolution des températures et les flux de chaleur, des modèles de simulation dynamiques sont nécessaires, qui seuls sont capables de refléter de manière réaliste le comportement thermique d’un bâtiment en relation avec ses installations techniques. Les avantages d’une construction massive en ce qui concerne le confort et l’utilisation des gains solaires ainsi que l’impact du comportement d’accumulation de chaleur, ne peuvent être présentés de manière réaliste qu’avec des modèles dynamiques›. Un exemple de référence a également permis de démontrer que les besoins de chaleur pour le chauffage calculés selon le modèle dynamique sont 10 % moins élevés que ceux effectués avec le calcul statique (et fortement simplifié) de la norme SIA 380/1 ‹L’énergie thermique dans le bâtiment›: ‹La simulation dynamique des bâtiments permet une approximation réaliste autant des apports de chaleur nécessaires que des conditions de confort en résultant, qui ne peut être atteinte par un calcul purement statique basé sur la valeur U. Les avantages de la construction massive en ce qui concerne le comportement thermique et le confort peuvent ainsi être quantifiés›. Sans une comparaison directe avec d’autres modes de construction, la question reste cependant ouverte de savoir si les différences entre la construction massive et la construction légère sont vraiment aussi importantes, tout comme celles qui existent entre le point de vue simplifié de la norme SIA 380/1 ‹L’énergie thermique dans le bâtiment› et une analyse plus poussée par la simulation dynamique. De plus, outre l’efficacité énergétique des bâtiments, les questions de l’énergie grise et de l’empreinte carbone doivent également être prises en compte. Quel est l’impact de ces deux éléments pour les différents modes constructifs et standards énergétiques? Evaluation approfondie pour des conclusions pertinentes L’étude suivante basée sur le cas d’un immeuble de logements traite cette thématique. Le confort et les caractéristiques thermiques sont évalués de manière

interdisciplinaire en corrélation avec l’énergie grise et l’impact en matière de CO2 pour différents modes constructifs: Influence du mode de construction ‹léger› (parois extérieures en ossature bois), ‹moyen› (construction en bois massive) et ‹lourd› (construction massive) Influence des standards énergétiques depuis les exigences minimales du MoPEC jusqu’au standard Minergie-P. Evaluation des flux d’énergie stationnaires avec calcul selon la norme SIA 380/1 ‹L’énergie thermique dans le bâtiment› et selon le calcul dynamique (modèle multizones avec le logiciel IDA ICE) ainsi qu’évaluation du confort estival par la simulation dynamique. Détermination de l’influence du mode de construction et des standards énergétiques sur l’écologie en fonction des critères énergie grise et potentiel d’émission de gaz à effet de serre. En prenant en compte le bâtiment et son exploitation, depuis la construction jusqu’à la démolition, l’impact positif du changement de standard énergétique du MoPEC à Minergie-P est mis en lumière, et cela en fonction de différents scénarios énergétiques et des modes de construction ‹léger› à ‹lourd›. Questions Cette étude poussée permet de répondre à des questions importantes pour la pratique constructive: Le calcul stationnaire selon la norme SIA 380/1 ‹L’énergie thermique dans le bâtiment› concordet-il avec la réalité ou des différences significatives peuvent-elles être constatées avec un calcul plus précis par la simulation dynamique? Les écarts entre la norme SIA 380/1 ‹L’énergie thermique dans le bâtiment› et la simulation dynamique en fonction du mode de construction ‹léger› à ‹lourd› sont-ils importants, et la construction massive présente-t-elle par rapport à la construction bois des avantages significatifs lors du calcul différencié par simulation dynamique, comme cela a été déjà ponctuellement publié? Quel est l’impact du mode de construction sur l’évolution des températures dans un ‹espace critique› en période estivale, et comment la nécessité d’un système de refroidissement est-elle évaluée? Pour différents modes de construction, les avantages en ce qui concerne l’énergie grise compensent-ils les désavantages de l’énergie nécessaire pour l’exploitation, et comment les modes de construction sontils évalués en matière d’écologie? Quel est le mode de construction le plus performant du point de vue énergétique et écologique, et quel standard énergétique doit-il respecter?

23 Protection du climat, efficacité énergétique et construction en bois – Bases

4.3.1 Objet de référence ‹Lotissement Hegianwandweg› L’étude de l’influence des différents modes constructifs sur l’énergie, l’écologie et le confort se base sur l’ensemble de logements ‹Hegianwandweg› situé en périphérie de Zurich. Ce lotissement, construit en bois par la coopérative de logement FGZ, est un projet de référence idéal, car le mode constructif choisi a fait ses preuves, mais il aurait tout aussi bien pu être réalisé différemment. Le bâtiment étudié est composé d’un sous-sol massif et de cinq étages en ossature bois ordonnés autour d’un noyau de distribution massif avec sanitaires (voir figure17). Les planchers sont des éléments en planches juxtaposées avec plafond suspendu et chape isolée aux bruits d’impacts. Les parois extérieures sont constituées d’éléments en ossature bois

Figure 15 : Immeuble de référence ‹Hegianwandweg› avec parois extérieures en ossature bois revêtues de panneaux crépis ventilés

Figure 16 : Balcons de l’immeuble de référence ‹Hegianwandweg› avec parois extérieures en ossature bois revêtues de panneaux crépis ventilés

avec vide d’installation technique du côté intérieur et revêtement ventilé à l’extérieur. Les parois intérieures et les séparations entre appartements sont non porteuses. Construit en 2003, le lotissement a reçu le label Minergie. En comparaison avec les exigences accrues du MoPEC 2008, avec des besoins de chaleur de 111 MJ/m2a, le bâtiment de référence n’atteint pas de justesse la valeur limite actuelle de 107 MJ/m2a. Des informations complémentaires concernant ce lotissement peuvent être obtenues dans le bulletin bois de Lignum 73/2004 et le supplément du magazine ‹Hochparterre› 10/2003.

24 Protection du climat, efficacité énergétique et construction en bois – Bases

Figure 17 : Plans, coupe et façades

Bâtiment de référence ‹Hegianwandweg›

Coupe longitudinale

Sous-sol

Façade nord ouest

Rez-de-chaussée

Façade sud est

1er au 3e étage

Façade sud ouest

Attique

Façade nord est

25 Protection du climat, efficacité énergétique et construction en bois – Bases

4.3.1.1 Evaluation de l’enveloppe thermique du bâtiment selon la norme SIA 380/1 ‹L’énergie thermique dans le bâtiment› Lors de l'évaluation de l’enveloppe thermique du bâtiment selon la norme SIA 380/1 ‹L’énergie thermique dans le bâtiment› l’influence du mode de construction n’est prise en compte que par l’attribution ‹très légère› (construction métallique) jusqu’à ‹ lourde› (construction massive), avec influence sur le taux d’utilisation des apports de chaleur. Les définitions suivantes sont valables: ‹lourde› (capacité thermique de 0,5 MJ/m2K): au moins deux des trois éléments thermiquement actifs (plafonds, planchers, toutes les parois) sont massifs et sans revêtement. ‹moyenne› (capacité thermique de 0,3 MJ/m2K): au moins un des trois éléments thermiquement actifs (plafonds, planchers ou toutes les parois) est massif et sans revêtement. Selon la définition de la norme SIA 380/1 ‹L’énergie thermique dans le bâtiment› la construction en bois massif entre dans cette catégorie. ‹légère› (capacité thermique de 0,1 MJ/m2K): aucune

Figure 18 : Afin que le standard Minergie-P puisse être atteint avec une construction rationnelle, l’enveloppe thermique du bâtiment a été légèrement adaptée par rapport à celle du projet de référence ‹Hegianwandweg›: au sous-sol, le noyau de distribution a été intégré à l’enveloppe thermique du bâtiment. La valeur U de 2,5 W/m2K à prendre en compte pour les cages accédant au sous-sol non chauffé (escaliers/ ascenseurs) définie dans la norme SIA 380/1 ‹L’énergie thermique dans le bâtiment› serait un obstacle trop important pour atteindre Minergie-P.

indication pour les éléments thermiquement actifs. Selon la définition de la norme SIA 380/1 ‹L’énergie thermique dans le bâtiment› la construction à ossature bois entre dans cette catégorie. Selon les indications de l’agence Minergie, une capacité thermique de 0,3 MJ/m2K peut être attribuée aux constructions bois et le mode de construction peut être qualifié de ‹moyen›, dans les cas où une chape ciment d’au moins 60 mm ou une chape anhydrite de 50 mm est disposée sur les planchers et lorsque les parois sont revêtues à l’intérieur de plaques de plâtre cartonné de 2 x 12,5 mm ou de plaques de plâtre fibrées de moyenne densité d’au moins 18 mm. Pour la simulation, la composition des éléments de construction est choisie de manière à ce que les valeurs limites suivantes puissent être respectées: MoPEC avec Qh = Qh,li Minergie-P avec Qh = 0,6 x Qh,li La position de l’enveloppe thermique est légèrement modifiée par rapport au projet de référence ‹Hegianwandweg› (voir figure 18).

Plans du sous-sol et du rez-de-chaussée du bâtiment de référence ‹Hegianwandweg› Construction ‹Hegianwandweg›

Construction ‹léger› ‹moyen› ‹lourd› pour MoPEC et Minergie-P

Sous-sol

Rez-de-chaussée

innerhalb der thermischen Gebäudehülle Parties de construction supplémentaires isolées ausserhalb der thermischen Gebäudehülle

zusätzliche Bauteile mit Wärmedämmschichten: – Boden über Erdreich mit Schaumglasschotter radier avec verre cellulaire 200 mm (MoPEC) resp. 400 mm (Minergie-P) 200 mm (MuKEn) bzw. 400 mm (MINERGIE-P) – Wände gegen unbeheizte Räume mit Verbundplatte parois contre locaux non chauffés avec panneaux composites 90 mm (MoPEC) resp. 150 mm (Minergie-P) 90 mm (MuKEn) bzw. 150 mm (MINERGIE-P) porte supplémentaire contre local non chauffé – Zusätzlicher Türabschluss gegen unbeheizte Räume

Intérieur de l’enveloppe thermique

26 Protection du climat, efficacité énergétique et construction en bois – Bases

4.3.1.2 Modes de construction analysés La construction du bâtiment de référence ‹Hegianwandweg› peut être qualifiée de légère selon la norme SIA 380/1 ‹L’énergie thermique dans le bâtiment›. La qualité des fenêtres/surfaces vitrées et l’épaisseur des isolants est adaptée, afin, dans une première variante, de respecter les exigences minimales de protection thermique selon le MoPEC, et

Eléments constructifs du bâtiment de référence et variantes à des fins de comparaison. Construction ‹Hegianwandweg›

Construction ‹légère›

Construction ‹moyenne›

Construction ‹lourde›

Parois extérieures

180

180 320

160 260

180 260

150

Fenêtres Fenêtre bois avec 3-IV Ug = 0,7 resp. 0,6 W/m 2K g = 47 % intercalaire inox resp. plastique

Fenêtre bois avec 2-IV Ug = 1,0 W/m 2K g = 65 % intercalaire inox

Fenêtre bois avec 3-IV Ug = 0,7 resp. 0,6 W/m 2K g = 47 % intercalaire inox resp. plastique

140 240 220

180

220

180

220

180

160

160 260

Toiture plate sur 4e

80 100

250

100 120

180

100

100 160

Toiture plate sur 3e

250

100

60 20 120 250

250

60 20 120

120

220 60 20 160

220 250

60 20

Dalle sur sous-sol

200

Planchers d’étage 200

Figure 19 : Outre l’épaisseur effective des isolants de l’objet de référence, les épaisseurs d’isolant données sont celles qui sont nécessaires pour atteindre les valeurs limites du MoPEC resp. de Minergie-P. Pour les toits plats et les planchers, des compositions en partie différentes des éléments de construction ont été définies dans les zones de vie (à gauche) et les zones de distribution (à droite).

dans une deuxième variante, les exigences élevées d’une enveloppe thermique du bâtiment labellisé Minergie-P (40 % inférieures à la valeur limite du MoPEC). Comme alternative, la construction en bois massive (moyenne) et la construction massive (lourde) sont aussi analysées, également en fonction des deux standards énergétiques MoPEC et Minergie-P (voir figure 19).

Parois intérieures et de séparation entre logement

var.

Bois et dérivés Béton Brique

var.

Matériau minéral Plaques de plâtre fibrées/cartonnées Gravier

var.

180

Isolation fibre minérale Isolation XPS/EPS

27 Protection du climat, efficacité énergétique et construction en bois – Bases

4.3.2 Simulation dynamique du comportement thermique Afin d’analyser les influences thermiques, un modèle de bâtiment détaillé est créé sur le logiciel de simulation IDA ICE 4.0. Les simulations thermiques dynamiques permettent de rendre compte de la complexité des relations dans un bâtiment et de les représenter de la manière la plus réaliste possible. Le besoin de chaleur pour le chauffage, le rendement du chauffage ou l’éclairage ne sont pas pris en compte comme des critères indépendants, mais comme des facteurs influençant significativement l’ensemble du système. Cette analyse permet une évaluation énergétique globale ou une optimisation d’un bâtiment et une évaluation du confort, comme par exemple l’évolution de la température dans les pièces critiques (surchauffe estivale). Le modèle de simulation est créé selon les mêmes données de base de projet que pour le calcul selon la norme SIA 380/1 ‹L’énergie thermique dans le bâtiment›, en y intégrant cependant les parties de

Figure 20 : Les couleurs des zones expriment la température maximale à attendre estimée sur une année. L’attique se compose par exemple de trois unités d’habitation divisées au total en 11 zones.

construction intérieures (planchers, parois intérieures) et la composition réelle des parties de construction avec toutes les couches et les caractéristiques des matériaux (comme p. ex. la conductivité thermique, la densité volumique et la capacité thermique massique). Ainsi la capacité thermique de chaque partie de construction est prise en compte lors de la simulation dynamique. Pour la simulation, le bâtiment est divisé en différentes zones thermiques. Lors de cette division en zones, les différents appartements, l’orientation ainsi que l’affectation et les charges internes qui s’y rapportent sont représentés en détail. Les charges internes ainsi que l’utilisation des gains solaires passifs jouent un grand rôle lors de la détermination des besoins de chaleur pour le chauffage. Il est donc important de considérer correctement les apports de chaleurs produits. C’est pourquoi chaque appartement est divisé en 3 à 4 zones, de manière à ce que les différentes utilisations et orientations des pièces puissent être représentées de manière réaliste dans la simulation.

Modèle de simulation tridimensionnel avec coupes verticale et horizontale à travers le bâtiment de référence ‹Hegianwandweg› Température maximale [°C] 26,5

26,0

25,5

25,0 N S

24,5

Charges internes (personnes, équipements, éclairage) Les charges internes sont reprises du cahier technique SIA 2024 ‹Conditions d’utilisation standard pour l’énergie et les installations du bâtiment›. Le nombre d’occupants, les charges des équipements ainsi que la puissance installée maximale de l’éclairage par affectation est défini en fonction du projet. Par rapport à la norme SIA 380/1 ‹L’énergie thermique dans le bâtiment›, les rejets de chaleur des personnes ne sont pas pris en compte par une valeur standard constante; la simulation prend en compte les rejets de chaleur effectifs des personnes

en relation avec la température de la pièce, l’activité, l’habillement, la température environnante et l’humidité. Dans la simulation, l’éclairage est considéré comme dépendant de la lumière naturelle utile et de l’occupation des locaux avec une valeur souhaitée de 200 Lux et la puissance résultante est prise en compte dans les charges internes, ce qui est très différent des valeurs standards de la norme SIA 380/1 ‹L’énergie thermique dans le bâtiment›.

28 Protection du climat, efficacité énergétique et construction en bois – Bases

Chauffage des locaux Toutes les variantes analysées (construction légère à massive selon les standards MoPEC et Minergie-P) ont été simulées avec un système de chauffage au sol. Le chauffage au sol est défini, en quelque sorte réglé, pour atteindre une valeur de 21 °C dans chaque zone. La température intérieure moyenne pour tout le bâtiment est ainsi prise en compte 1 °K supérieur à la valeur de 20 °C prescrite pour

Figure 21 : Le diagramme de gauche présente les fluctuations de la température ambiante à l’intérieur pour une construction ‹légère› avec une différence entre la variante MoPEC et la variante Minergie-P. Le diagramme de droite montre l’évolution de la température intérieure pour une construction Minergie-P en fonction du mode de construction: seules des différences minimes sont constatées.

le calcul selon la norme SIA 380/1 ‹L’énergie thermique dans le bâtiment›.

Evolution des températures extérieures, intérieures et rayonnement global pendant une semaine hivernale Comp. des standards pour la construction ‹légère›

Comp. des méthodes constructives pour Minergie-P

Température [ °C ] Rayonnement solaire [ W/m2 ]

3000

2000

1000

–2

–4

–6

–8

1000

–8

– 10

0 1 jan 2 jan 3 jan 4 jan 5 jan 6 jan 7 jan 8 jan

MoPEC

– 10

0 1 jan 2 jan 3 jan 4 jan 5 jan 6 jan 7 jan 8 jan

Minergie-P

Construction Construction

Rayonnement

Temperature

‹léger› ‹moyen›

Construction

‹lourd›

extérieure

Ventilation/Infiltration Dans la simulation, les pertes de chaleur par renouvellement d’air sont considérées de manière analogue à la norme SIA 380/1 ‹L’énergie thermique dans le bâtiment› comme échange constant d’air. De plus, à partir de 24 °C, une partie des fenêtres est ouverte. Ainsi les pièces sont rafraîchies par une aération naturelle. Dans la simulation, les fenêtres sont ouvertes de manière à générer 2 à 3 renouvellements d’air. Pour la variante Minergie-P, une infiltration

d’air réduite en raison de l’enveloppe plus étanche et la ventilation contrôlée sont simulées, avec un flux d’air de 20 m3/h pour les chambres et de 40 m3/h dans les séjours. L’air vicié est extrait dans la cuisine et les sanitaires. L’installation de ventilation, activée toute l’année, est équipée d’un échangeur de chaleur avec vanne bipasse.

29 Protection du climat, efficacité énergétique et construction en bois – Bases

4.3.2.1 Le calcul selon la norme SIA 380/1 ‹L’énergie thermique dans le bâtiment› offre une marge de sécurité Le calcul des besoins de chaleur pour le chauffage selon la norme SIA 380/1 ‹L’énergie thermique dans le bâtiment› est courant et il sert aussi de base pour les certifications Minergie et Minergie-P. Pourtant les avantages de la simulation dynamique ont été souvent relevés, comme par exemple dans la publication citée précédemment Elément 29 ‹Protection thermique dans le bâtiment› (2010, Faktor Verlag). La simulation dynamique, qui modélise des constructions avec leur comportement de stockage thermique et prend en compte les conditions cadres climatiques avec des valeurs moyennes par heure, permet de représenter la réalité de manière plus fiable que le procédé stationnaire. Les calculs réalisés dans le cadre de cette étude ont montré que le modèle stationnaire détermine des besoins de chaleur pour le chauffage légèrement su-

Figure 22 : Explication des différences d’évaluation des besoins de chaleur pour le chauffage entre la norme SIA 380/1 ‹L’énergie thermique dans le bâtiment› et la simulation dynamique

périeurs (environ 5 %) à ceux obtenus par le modèle dynamique et englobe ainsi une marge de sécurité (voir figure 23). Si pour la simulation dynamique, on considère la température intérieure de 20 °C non pas comme valeur limite, mais comme valeur moyenne, l’écart entre les deux modèles de calcul peut même atteindre 10 %. Cependant, une valeur moyenne de température intérieure fixée à 20 °C, implique des températures inférieures dans certaines pièces (p.ex. dans les zones orientées au nord), ce qui n’est pas souhaitable pour des raisons de confort. Ces écarts s’expliquent principalement par les différences d’hypothèses de base énumérées à la figure 22.

Comparaison des besoins de chaleur pour le chauffage Norme SIA 380/1 ‹L’énergie thermique dans le bâtiment›

Simulation dynamique

La capacité thermique et ainsi le taux d’utilisation des apports de chaleurs (p. ex. gains solaires passifs) ne sont pris en compte que par la classification simpliste de la construction (‹très légère› jusqu’à ‹lourde›).

Les couches constructives effectives avec leurs dimensions et leur capacité thermique sont prises en compte.

Les pertes et les apports ne sont évalués que sur une période d’une année. Pour les températures extérieures, ce sont des valeurs moyennes mensuelles qui sont prises en compte et pour les températures intérieures, des valeurs standard, comme p. ex. une température constante de 20 °C pour les locatifs.

Les flux d’énergie sont évalués par heure, avec de nombreux facteurs d’influence possibles, comme p.ex. sur la température intérieure. Si par exemple la température est fixée à une moyenne de 20 °C, cela veut dire qu’elle peut ponctuellement être plus basse – avec pour conséquence une baisse du besoin en énergie de chauffage – que si la température ne doit jamais descendre en dessous de 20 °C.

Seuls les systèmes de protection solaire fixes, les avant-toits et les protections latérales sont pris en compte en supposant ainsi que l’occupant laisse entrer les rayons solaires en hiver et n’utilise jamais de protection solaire mobile.

La protection solaire est activée en fonction du rayonnement global. Il est ainsi possible qu’un jour d’hiver ensoleillé avec un rayonnement global important, l’utilisation d’une protection solaire soit envisagée afin d’éviter une surchauffe.

Pour les données commentées ci-après, la simulation dans le cas du mode de construction ‹léger› induit, en fonction des locaux, l’obtention d’une température

minimale de 20,2 à 20,7 °C (MoPEC, Minergie-P) alors que, dans les étages intermédiaires, les températures minimales atteignent 20,6 °C à 21,0 °C.

30 Protection du climat, efficacité énergétique et construction en bois – Bases

4.3.2.2 Modes de constructions favorables en fonction des besoins de chaleur pour le chauffage Le mode de construction en bois, qualifié de ‹léger› dans la norme SIA 380/1, montre ses véritables qualités, du point de vue énergétique, lorsqu’il est évalué au moyen d’une simulation dynamique, car la capacité effective de stockage existante conduit, en comparaison avec le calcul selon la norme SIA 380/1, à des besoins de chaleur pour le chauffage de 11% inférieurs. La confrontation des modes de construction ‹léger› à ‹lourd› dans les standards MoPEC et Minergie-P, calculés avec la norme SIA 380/1 et la simulation dynamique des bâtiments, amène aux conclusions suivantes: Avec une attribution correcte des modes de construction ‹léger› à ‹lourd› dans la norme SIA 380/1, les différences des besoins de chaleur pour le chauffage

Figure 23 : Mise en parallèle des besoins de chaleur pour le chauffage en MJ/m2a des différents modes constructifs pour les standards MoPEC et Minergie-P, à chaque fois avec les valeurs issues de la simulation dynamique des bâtiment et celles provenant de la nome SIA 380/1 ‹L’énergie thermique dans le bâtiment›.

obtenus par calcul sont identiques indépendamment du mode de construction, avec quelques 5% dans le cas du standard MoPEC et quelque 3% dans le cas du standard Minergie-P (voir figure 23 et figure 24). Ainsi, il apparaît clairement que la ‹construction lourde› ne soit pas seule à être mal évaluée dans la norme SIA 380/1 et que la qualité de la capacité de stockage de chaleur et d’utilisation du rayonnement solaire ne peut être correctement reconnue que par la simulation dynamique des bâtiments. C’est ainsi que les constructions en bois étudiées peuvent également faire valoir leurs qualités par une évaluation différenciée à l’aide de la simulation dynamique des bâtiments.

Besoins de chaleur pour le chauffage Qh selon la norme 380/1 en fonction des modes constructifs MoPEC Minergie-P MoPEC Minergie-P MoPEC 120 – 5 %

100

Minergie-P

– 4 %

– 11 %

80 60 40 20

– 3 %

– 13 %

– 3 %

0 Construction ‹légère›

Construction ‹moyenne›

Construction ‹lourde›

Besoin

de chaleur pour le chauffage Qh = Qh, li (MuKEn) selon calcul SIA 380/1 de chaleur pour le chauffage Qh = basé sur une simulation dynamique (MoPec avec renouvellement d’air standard, Minergie-P avec aération douce/RCh) Besoin de chaleur pour le chauffage Qh = 0,6 x Qh, li (Minergie-P) selon calcul SIA 380/1 Besoin de chaleur pour le chauffage Qh, eff = avec aération douce et RCh (Vth = 0,28) selon calcul SIA380/1(Minergie-P) Besoin

Pour le standard selon MoPEC, les besoins de chaleur pour le chauffage déterminés habituellement avec la norme SIA 380/1, sont 4 à 11 % plus élevés que ceux obtenu par la simulation dynamique. La différence de 11 % pour le mode de construction ‹léger› est facilement explicable: ce mode de construction présente effectivement une capacité d'accumulation de la chaleur correspondant environ à celle du mode de construction

‹moyen›, pour lequel les besoins de chaleur pour le chauffage se réduisent à 100 MJ/m2a selon la norme SIA 380/1 et sont ainsi seulement 5 % plus élevés que ceux déterminés par la simulation dynamique. Pour le standard Minergie-P, en raison de l’attribution dans la fausse catégorie ‹léger›, la divergence de 13 % entre la norme SIA 380/1 et la simulation est plus marquée que celle de 3 % avec les modes de construction ‹moyen› et ‹lourd›.

31 Protection du climat, efficacité énergétique et construction en bois – Bases

Figure 24 : Besoin de chaleur pour le chauffage Qh en MJ/m2a. Lors de l’évaluation selon la norme SIA 380/1 ‹L’énergie thermique dans le bâtiment›, la même enveloppe thermique d’un édifice correspond à des besoins de chaleur pour le chauffage de 99 à 115 MJ/m2a suivant sa classification, influencés uniquement par la capacité d’accumulation de la chaleur du mode de construction choisi (‹lourd› à ‹très léger›). Les besoins de chaleur pour le chauffage pour le mode de construction ‹légère›, respectivement pour la construction existante du projet de référence ‹Hegianwandweg› simulée dynamiquement, sont de 95 MJ/m2a.

Besoins de chaleur pour le chauffage Qh selon la norme SIA 380/1 ‹L’énergie thermique dans le bâtiment› en fonction de la classification du mode de construction ossature bois 115 120 107

100

– 17 %

100 – 11 %

99 – 5 %

– 4 %

80 60 40 20 0 Construction ‹très légère›

Construction ‹légère›

Construction ‹moyenne›

Construction ‹lourde›

Besoins

de chaleur pour le chauffage Qh = Qh, li (MoPEC) selon calcul SIA 380/1 ‹L’énergie thermique dans le bâtiment› en fonction du mode constructif Besoins de chaleur pour le chauffage Qh = basé sur une simulation dynamique

La possibilité de choisir le mode de construction ‹léger› ou ‹moyen› est décisive pour l’appréciation des constructions en bois. Ceci essentiellement parce que la différence calculée des besoins de chaleur pour le chauffage est grande, alors que l’influence du choix entre ‹moyen› et ‹lourd› est non significative. La construction en bois même conforme aux critères ‹léger› correspond en fait plutôt à la catégorie ‹moyen›, pour laquelle la divergence entre la norme SIA 380/1 ‹L’énergie thermique dans le bâtiment› et la simulation dynamique est d’environ 5 %. 4.3.2.3 Confort en été en fonction du mode de construction Les immeubles d’habitations modernes, tels que l’objet ‹Hegianwandweg›, présentent de grandes surfaces vitrées afin d’exploiter passivement la chaleur du soleil. Mais cette récupération bienvenue en hiver peut remettre en question le confort durant les mois d’été. En effet, les pièces avec de grands vitrages et une faible masse d’accumulation thermique ont tendance à surchauffer en été. Cette problématique est prise en compte dans diverses normes SIA, ainsi que par le standard Minergie (-P). Celui-ci fonde ses exigences relatives à la protection thermique d’été sur l’actuelle norme SIA 382/1 ‹Installations de ventilation et de climatisation – Bases générales et performances requises›. Celle-ci définit le nombre d’heures admissible avec une température de l’air ambiant supérieure à la

valeur limite variable (de 26,5 °C à 24,5 °C suivant la température extérieure maximale). Sans dépassement de température, un refroidissement n’est pas nécessaire. Ce dernier est souhaitable dans des locaux dont la température limite est dépassée jusqu’à 100 heures par an au maximum. S’il est prouvé que plus de 100 heures par an se situent au-dessus de la valeur limite de la norme SIA 382/1 ‹Installations de ventilation et de climatisation – Bases générales et performances requises›, un refroidissement est nécessaire. La procédure de justification est détaillée dans la norme; elle peut être exécutée avec des simulations thermiques, par ex. avec IDA ICE 4.0. Courbe de températures d’une semaine d’été Durant une semaine d’été typique, la température de l’air extérieur varie dans une plage de 15 à 33 °C. Lorsque le soleil brille, un rayonnement global d’environ 900 W/m2 est atteint. La figure 25 présente les températures de l’air des pièces de séjour du 2e étage orientées au sud et à l’ouest. Avec les modes de construction ‹léger› et ‹moyen›, ces températures varient entre 22,0 °C et 27,5 °C. Le mode de construction ‹lourd› présente une température maximale de l’air ambiant inférieure d’environ 2 °K à celle des deux modes plus légers: les températures varient cette foisci dans une plage d’environ 22,0 °C à 25,0 °C.

32 Protection du climat, efficacité énergétique et construction en bois – Bases

Figure 25 : Les températures de l’air ambiant des deux modes de construction ‹léger› et ‹moyen› sont peu différenciées. Avec le mode de construction ‹lourd›, une température maximale de 2 °K plus basse peut être atteinte.

Courbes des températures de l’air extérieur et intérieur et rayonnement global d’une semaine d’été typique Température [ °C ]

Rayonnement solaire [ W/m2 ]

2400

32 30

2000

28 26

1600

24 22

1200

20 18

800

16 14

400

12 10

0 18 juil

Construction ‹légère›

19 juil

20 juil

21 juil

22 juil

Construction ‹moyenne›

MoPEC

Minergie-P

Rayonnement

Température

23 juil

24 juil

25 juil

Construction ‹lourde›

MoPEC Minergie-P

extérieure

Exploitation statistique des températures de l’air ambiant en été La condition fixée dans la norme SIA 382/1 ‹Installations de ventilation et de climatisation - Bases générales et performances requises›, selon laquelle la valeur limite variable de la température doit être dépassée moins de 100 heures par an, peut être respectée par toutes les variantes. Il n’existe ainsi aucun besoin pour les locaux de disposer d’un refroidissement mécanique. Les températures de l’air ambiant maximales attendues pour les modes de construction ‹léger› et ‹moyen›, se situent dans une plage de 26,5 °C à 27,5 °C. Avec le mode de construction ‹lourd›, elles sont environ 2 °K plus basses et la température ambiante s’élève au maximum à 25,5 °C (voir figure 26). En complément de l’évaluation des heures où les températures de l’air ambiant sont trop élevées selon la norme SIA 382/1 ‹Installations de ventilation et de climatisation – Bases générales

et performances requises›, le nombre des heures au-dessus de 26 °C a aussi été étudié. Le bâtiment avec le mode de construction ‹lourd› ne présente aucune heure au-dessus de 26 °C. Avec les modes de construction ‹léger› et ‹moyen›, en fonction du mode de construction et du standard énergétique, des températures supérieures à 26 °C sont relevées durant 25 à 81 heures par an. La température de l’air ambiant de 28 °C en été indiquée dans le cahier technique SIA 2024 ‹Conditions d’utilisation standard pour l’énergie et les installations du bâtiment› n’est atteinte avec aucun mode de construction. Il est ainsi possible d’en conclure qu’avec tous les modes de construction la protection thermique d’été demeure conforme aux normes.

33 Protection du climat, efficacité énergétique et construction en bois – Bases

Figure 26 : La température maximale de 28 °C du cahier technique SIA 2024 ‹Conditions d'utilisation standard pour l'énergie et les installations du bâtiment› n’est atteinte pour aucune variante. Le nombre d’heures attendu avec une température de l’air ambiant supérieure à la valeur limite de la norme SIA 382/1 ‹Installations de ventilation et de climatisation – Bases générales et performances requises›, est aussi présenté ainsi que le total des heures avec une température supérieure à 26 °C. Avec un maximum de 81 heures au-dessus de la valeur limite, aucun refroidissement n’est nécessaire même avec la variante mode de construction ‹léger›/ Minergie-P; pour celle-ci, il peut être cependant souhaitable.

Evaluation des températures maximales de l’air ambiant auxquelles il faut s’attendre en fonction du mode de construction et du standard énergétique Température maximale semaine estivale [ °C ]

MoPEC

Minergie-P

Heures avec surtempérature [ h ]

MoPEC

Minergie-P

MoPEC

Minergie-P

27 26

25 24

23 22 21

Construction ‹légère›

Construction ‹moyenne›

Construction ‹lourde›

Température

maximale en dessus de la valeur limite selon SIA 382/1 Heures en dessus de 26 °C Heures

Amélioration par le refroidissement du sol Les exigences normatives relatives à la protection thermique en été peuvent être respectées avec tous les modes de construction et standards énergétiques. Mais le bâtiment avec un mode de construction ‹lourd› présente des avantages, surtout pour les températures ambiantes maximales, qui conduisent à un confort plus élevé en été. C’est pourquoi, on a souhaité étudier au moyen de la simulation, l’influence d’un ‹refroidissement souhaitable› sur les températures ambiantes en été et s’il permet d’améliorer suffisamment le mode de construction ‹léger› afin qu’il soit aussi bon que le mode de construction ‹lourd›.

En été, le chauffage au sol est utilisé comme surface de refroidissement; l’énergie thermique extraite du bâtiment est transmise, par le biais de la sonde enterrée, au terrain qui sert d’accumulateur. En plus des effets positifs sur la température de l’air ambiant et le confort (figure 27 et figure 28), le coefficient de performance annuel de la pompe à chaleur peut être ainsi augmenté.

34 Protection du climat, efficacité énergétique et construction en bois – Bases

Figure 27 : Grâce à un refroidissement au sol doux, les températures de l’air ambiant pour le mode de construction ‹léger› au standard Minergie-P peuvent être réduites suffisamment pour être encore plus basses qu’avec le mode de construction ‹lourd›.

Diagramme de répartition des temp. de l’air ambiant en fonction des temp. maximales journalières extérieures Température de l’air ambiant [ °C ]

30 29 28 27 Valeur limite de la norme SIA 382/1

26 25 24 23 22 21 20 5

Valeur maximale de la température journalière [°C]

Construction ‹légère› Minergie-P Construction ‹légère› Minergie-P avec refroidissement par chauffage au sol Construction ‹lourde› Minergie-P

4.3.3 Conséquences écologiques des modes de construction et des standards énergétiques 4.3.3.1 Méthodologie pour la prise en compte de l’écologie Jusqu’à peu, la simple prise en compte des besoins de chaleur pour le chauffage était un bon paramètre pour juger de la qualité énergétique d’un bâtiment. Cependant avec l’isolation toujours plus efficace de l’enveloppe des édifices, l’importance des besoins de chaleur pour le chauffage s’est relativisée dans une considération énergétique globale: sur l’ensemble du cycle de vie d’un bâtiment, l’énergie grise nécessaire pour l’édification d’un ouvrage et les émissions de gaz à effet de serre qui en découlent peuvent dépasser largement les valeurs correspondantes pour le chauffage. Afin de permettre une considération énergétique globale, les trois modes de construction décrits précédemment, ‹léger›, ‹moyen› et ‹lourd›, ont aussi été calculés du point de vue de l’énergie grise et des émissions de gaz à effet de serre pour le bâtiment de référence; ce calcul a été effectué à chaque fois avec une isolation qui remplisse les exigences du

MoPEC, ou avec une isolation qui réponde aux critères primaires de Minergie-P. Les constructions ont été définies selon la figure 19 et correspondent ainsi aux hypothèses pour le calcul des besoins de chaleur pour le chauffage. Afin de déterminer l’énergie grise et les émissions de gaz à effet de serre pour l’ensemble de l’édifice, les surfaces et les matériaux ont été calculés selon le cahier technique SIA 2032 ‹L’énergie grise des bâtiments›. Cette énergie de fabrication englobe l’entier du cycle de vie, de l’extraction des matières premières jusqu’à l’élimination, en passant par la production des matériaux de construction et les transports. Une durée d’amortissement est attribuée aux différents éléments de construction, ce qui permet d’exprimer une énergie de fabrication rapportée à l’année et à la surface énergétique de référence et d’établir ainsi une comparaison entre énergies de fabrication et d’exploitation.

35 Protection du climat, efficacité énergétique et construction en bois – Bases

Figure 28 : Avec le mode de construction ‹léger› au standard Minergie-P, les températures maximales de l’air des locaux de 27 °C à 27,5 °C peuvent être abaissées d’une valeur allant jusqu’à 3 °K avec le refroidissement doux par chauffage au sol et sonde terrestre. Avec ce refroidissement simple, il est possible d’atteindre des conditions de confort encore meilleures qu’avec le mode de construction ‹lourd›.

Courbe de la température extérieure et intérieure ainsi que rayonnement global durant une semaine d’été. Température [ °C ]

Rayonnement solaire [ W/m2 ]

2400

32 30

2000

28 26

1600

24 22

1200

20 18

800

16 14

400

12 10

0 18 juil

19 juil

Construction ‹légère›

Minergie-P

avec refroidissement par chauffage au sol Rayonnement

20 juil

21 juil

22 juil

23 juil

24 juil

25 juil

Construction ‹lourde›

Minergie-P

Température

extérieure

4.3.3.2 Energie de fabrication: énergie grise et émissions de gaz à effet de serre Comme mentionné auparavant pour l’objet de référence, la construction légère est mieux isolée que la construction massive afin d’atteindre les mêmes besoins de chaleur pour le chauffage selon la norme SIA 380/1 ‹L’énergie thermique dans le bâtiment› et de compenser la (prétendue) moindre capacité d’accumulation de chaleur de la construction légère (voir figure 19). Ceci induit, pour le calcul de l’énergie de fabrication de la construction légère, une plus grande charge due à l’isolation qui est cependant négligeable. De même, le fait que la zone centrale – ainsi que, bien sûr, le sous-sol – de l’objet de référence choisi aient été édifiés en béton pour les trois modes de construction a une certaine influence sur les résultats. Mais ce fait ne doit pas être évalué comme une

altération des résultats: dans une maison à plusieurs familles de la taille de l’objet de référence, la cage d’escalier doit être réalisée en construction massive pour des raisons de protection contre l’incendie et, partiellement, de protection sismique. Un sous-sol en construction massive est impératif. Ainsi, une pure construction légère en bois ne serait pas une alternative réaliste pour cette comparaison.

36 Protection du climat, efficacité énergétique et construction en bois – Bases

Figure 29 : Pour les trois modes de construction, le sous-sol et le noyau central avec la cage d’escalier et les pièces humides sont exécutés en construction massive.

Mode de construction du sous-sol et des étages du bâtiment de référence ‹Hegianwandweg›

Sous-sol

1er au 3e étage

Murs en béton armé (épaisseur variable) et radier (250 mm) Murs de briques sillicocalcaires 120 et 150 mm

Figure 30 : Energie grise de construction en MJ/m2a de l’objet de référence ‹Hegianwandweg›, 25 calculé avec Grisli

Murs en briques 100 à 150 mm Parois de gaine d’installation technique Radier et dalle en béton armé

Calculs de l’énergie grise

Bâtiment sous le terrain Mur extérieur Fenêtres, balcons Dalles, parois intérieures Toits Aménagement intérieur Technique du bâtiment Total 25

Construction légère

Construction massive en bois

Construction massive

MoPEC

Minergie-P

MoPEC

Minergie-P

MoPEC

Minergie-P

100

109

102

113

105

116

Grisli, instrument de calcul de l’énergie grise et des gaz à effet de serre de bâtiments entiers ou d’éléments de construction, Büro für Umweltchemie, Zurich.

37 Protection du climat, efficacité énergétique et construction en bois – Bases

Figure 31 : Emissions de gaz à effet de serre en kg/m2a de la construction de l’objet de référence ‹Hegianwandweg›, calculé avec Grisli 25

Calculs des émissions de gaz à effet de serre

Bâtiment sous le terrain Mur extérieur Fenêtres, balcons Dalles, parois intérieures Toits Aménagement intérieur Technique du bâtiment Total

Construction légère

Construction massive en bois

Construction massive

MoPEC

Minergie-P

MoPEC

Minergie-P

MoPEC

Minergie-P

0,8

0,9

0,8

0,9

0,8

0,9

0,4

0,5

0,6

0,7

1,6

1,7

1,6

1,7

1,8

1,2

1,3

1,8

0,4

0,5

0,4

0,5

0,6

1,4

1,5

1,6

1,5

1,6

1,2

1,4

1,2

1,4

1,2

1,4

7,1

7,6

7,4

8,0

8,3

8,8

Comparaison des trois modes de construction En comparant les trois modes de construction, les valeurs les plus basses pour la fabrication, tant d’énergie grise que l’émission des gaz à effet de serre, sont obtenues par une construction légère, les plus hautes par une construction purement massive. Cette tendance est valable aussi bien pour le standard modéré d’isolation selon le MoPEC que pour celui, élevé, de Minergie-P. Comme matériau de construction, le bois offre des conditions favorables, alors que les matériaux massifs présentent des valeurs par mètre carré d’élément de construction plus élevées, tant pour l’énergie grise que pour les émissions de gaz à effet de serre. Le bois, en tant que matériau de construction renouvelable, ne requiert guère d’énergie pour sa production et, en tant que matériau local, comparativement moins d’énergie pour le transport. Bien que, pour l’objet de référence, plus de matériau d’isolation ait été mis en œuvre afin d’atteindre les mêmes besoins de chaleur pour le chauffage selon la norme SIA 380/1 ‹L’énergie thermique dans le bâtiment›, cette variante reste inégalée quant à l’énergie de fabrication. Mais, malgré cette tendance marquée en ce qui concerne les modes de construction, il importe de relativiser ces différences. Les investissements supplémentaires pour la construction massive comparée à la construction légère se situent à environ 5% pour l’énergie grise, et à près de 16% pour les émissions de gaz à effet de serre (avec le même standard quant aux besoins de chaleur pour le chauffage). Ainsi, l’influence des modes de construction est-il

moindre que ce qui est généralement admis. Lorsque dans la construction légère des systèmes compliqués constitués de plusieurs couches sont mis en œuvre, l’avantage de ce mode de construction peut même complètement disparaître. Les valeurs du mode de construction massif en bois se situent, comme prévu, entre les constructions lourde et légère. L’influence des modes de construction doit aussi être relativisée en comparaison avec d’autres paramètres, surtout la forme et la grandeur du bâtiment. L’énergie de fabrication rapportée au mètre carré est – avec un même mode de construction – jusqu’à 80% plus élevée pour une petite maison familiale que pour un immeuble de logement, grand et compact. Il en va de même pour les émissions de gaz à effet de serre que pour l’énergie grise. Ce qui est déterminant ainsi pour atteindre de bonnes valeurs relatives à la fabrication c’est moins le mode de construction, mais bien plus la taille et la forme du bâtiment – soit le rapport entre la surface de l’enveloppe et la surface utile de plancher de l’édifice. Ceci explique aussi pourquoi, pour l’objet de référence, les valeurs de tous les trois modes de construction se situent dans le domaine des valeurs indicative du cahier technique SIA 2040 ‹Objectifs de performance énergétique›: 26 avec une surface énergétique de référence de près de 2 500 m², l’objet de référence est de taille moyenne et de compacité supérieure. Il s’agit d’un bâtiment déjà optimisé quant à l’énergie de fabrication. En fait, pour une considération énergétique globale selon le cahier technique SIA 2040 ‹Objectifs de performances énergétique›, l’analyse

38 Protection du climat, efficacité énergétique et construction en bois – Bases

des différences dans l’énergie de fabrication entre les trois modes de construction doit être relativisée. Même si les différences ne semblent pas particulièrement importantes en pourcentage, elles peuvent néanmoins être déterminantes pour atteindre des valeurs cibles. Surtout en ce qui concerne les émissions de gaz à effet de serre, le budget annuel disponible par mètre carré est restreint: selon le cahier technique SIA 2040 ‹Objectifs de performances énergétique›, pour un bâtiment neuf de la catégorie ‹habitation›, 16,5 kg/m² sont à disposition pour la fabrication, toute la durée de l’exploitation et la mobilité liée à la localisation. Habituellement, la fabrication en nécessite plus de la moitié. Environ 8 kg/m² subsistent annuellement pour l’exploitation et la mobilité. Ainsi, dans ces circonstances, un kilogramme d’émission de gaz à effet de serre épargné lors de la fabrication aide de manière tout à fait déterminante à atteindre les objectifs dans une considération énergétique globale. Comparaison de l’énergie de fabrication pour les deux standards énergétiques Si l’on compare les valeurs des deux standards relatifs au besoin de chaleur pour le chauffage MoPEC et Minergie-P (avec le même mode de construction), la constatation est moins surprenante: un bâtiment ayant un standard élevé nécessite un investissement plus grand en énergie grise et en émission de gaz à effet de serre que celui ayant un standard modéré. La charge supplémentaire pour des ouvrages de même mode de construction dans les standards MoPEC et Minergie-P s’explique par les épaisseurs d’isolation plus fortes, les sous-constructions de revêtements de façades plus importantes qui en découlent et les meilleures fenêtres. Dans ce calcul, l’énergie de fabrication pour une installation de ventilation est incluse dans le cas du standard Minergie-P, alors qu’aucune installation de ventilation n’est prise en compte dans le calcul du standard MoPEC, ce qui explique la différence quant à la technique du bâtiment. Sur l’objet de référence calculé, la charge supplémentaire pour le standard Minergie-P face au standard MoPEC se situe dans un ordre de grandeur de 10 % pour l’énergie grise et de près de 7 % pour les émissions de gaz à effet de serre. La charge supplémentaire pour le standard élevé Minergie-P se situe dans le même ordre de grandeur pour les trois modes de construction. Cahier technique SIA 2040 ‹Objectifs de performance énergétique›, juin 2011. Les valeurs de référence non obligatoires pour l’érection de bâtiments de la catégorie ‹habitation› se montent par année à 110 MJ/m2 et 8,5 kg/m2.

4.3.4 Considération énergétique globale Puisque, pour l’objet de référence calculé selon la norme SIA 380/1 ‹L’énergie thermique dans le bâtiment›, des besoins de chaleur pour le chauffage identiques sont à la base des trois modes de construction, il est superflu de procéder à une considération énergétique globale dans laquelle les besoins de chaleur pour le chauffage et l’énergie de fabrication seraient comptés ensemble. Peu importe l’agent énergétique utilisé pour le chauffage: en raison de ses valeurs plus basses dans la fabrication, la construction légère fait toujours meilleure figure. Si les résultats du calcul dynamique des besoins de chaleur pour le chauffage étaient pris comme base, cette tendance serait même renforcée. Afin d’établir malgré tout une relation entre les ordres de grandeur de l’énergie primaire non renouvelable et des émissions de gaz à effet de serre de la fabrication (énergie grise et émission de gaz à effet de serre) ainsi que du fonctionnement du chauffage, il importe de convertir les besoins de chaleur pour le chauffage au niveau correspondant: les besoins de chaleur pour le chauffage (énergie utile) doivent être divisés par le rendement du système de chauffage (énergie finale) et multipliés par les facteurs d’énergie primaire, respectivement par les coefficients d’émissions de gaz à effet de serre des agents énergétiques choisis. Les résultats sont saisissants: avec les agents énergétiques fossiles tels que le gaz ou le pétrole, l’ordre de grandeur de l’énergie primaire et des émissions du fonctionnement du chauffage sont comparables avec l’énergie grise et les émissions de la fabrication. Au contraire, avec les agents énergétiques renouvelables, l’énergie primaire et les émissions du fonctionnement du chauffage sont presque négligeables par rapport aux émissions provenant de la fabrication. Autrement dit: alors qu’avec des agents énergétiques fossiles, la charge supplémentaire due à la fabrication d’une construction massive comparée à celle d’une construction légère peut être facilement compensée par un meilleur standard d’isolation thermique, ce n’est plus possible avec des agents énergétiques renouvelables dans une considération énergétique globale.

39 Protection du climat, efficacité énergétique et construction en bois – Bases

Figure 32 : Fraction utile standard, facteurs d’énergie primaire et coefficients d’émissions de gaz à effet de serre selon le Cahier technique SIA 2040 ‹Objectifs de performance énergétique›

Energie primaire non renouvelable et émissions de gaz à effet de serre de différents agents énergétiques avec des besoins de chaleur pour le chauffage de 107 MJ/m2 Agent énergétique

Chaleur chauffage (MoPEC), SIA 380/1 107 MJ/m2 a

Fraction utile

Pompe chaleur à sonde terrestre 27 Plaquettes de bois

Agent énergétique

Gaz

Gaz Pompe à chaleur à sonde terrestre 27 Plaquettes de bois

0,9

Facteur d’énergie primaire 1,11 MJ/MJ

Energie primaire non renouvelable 132 MJ/m2 a

107 MJ/m2 a

3,9

2,64 MJ/MJ

72 MJ/m2 a

107 MJ/m2 a

0,75

0,06 MJ/MJ

9 MJ/m2 a

Chaleur chauffage (MoPEC), SIA 380/1 107 MJ/m2 a

Fraction utile 0,9

Coefficient d’émission Emissions de gaz à de gaz à effet de serre effet de serre 0,066 kg/MJ 7,8 kg/m2 a

107 MJ/m2 a

3,9

0,041 kg/MJ

1,1 kg/m2 a

107 MJ/m2 a

0,75

0,003 kg/MJ

0,4 kg/m2 a

Les valeurs du tableau correspondent à celles pour le Strommix suisse, c.-à-d. que les valeurs sont indiquées en MJ d’énergie primaire/MJ de consommation d’électricité pour le fonctionnement de la pompe à chaleur.

4.4

Perspective d’un investisseur avec un horizon à long terme

La construction en bois à plusieurs étages a acquis une réputation de variante de bâtiments écologiques et épargnant les ressources, ce qui a été pleinement constaté par cette étude et qui pourrait être également mis en évidence dans d’autres cas. Le nombre important de bâtiments en service démontre son grand potentiel et sa faisabilité technique. L’intérêt du marché de l’immobilier grandit, mais les investisseurs professionnels et institutionnels demeurent encore réticents.

40 Protection du climat, efficacité énergétique et construction en bois – Bases

4.4.1 C onstruction en bois avec attentes quant à la rentabilité La construction en bois à plusieurs étages a reconquis le territoire urbain. Sa réintroduction s’est passée il y a quelque temps déjà en ville de Zurich sans faire grande sensation: en 2003 un lotissement en coopérative d’habitation à l’architecture moderne, présenté dans cette publication, a été réalisé au Hegianwandweg. Quatre ans plus tard suivait la cité coopérative ‹Wolfswinkel› dans le quartier d’Affoltern dont le coût avantageux a surpris les professionnels. Mais le mode de construction hybride en bois (structure porteuse en acier et enveloppe en bois) resta largement ignoré, bien que son impact soit encore inhabituel dans un contexte urbain. La construction en bois à plusieurs étages est aujourd’hui thématisée, maintenant que ses représentants sont aussi parvenus jusqu’à l’intérieur de la ville. Il y a deux ans, le premier sept étages a été réalisé à proximité immédiate de l’Albisriederplatz à Zurich. Le lotissement en plusieurs parties ‹Badenerstrasse› avec des murs porteurs en bois massif complète un alignement de rue typique. Et d’ailleurs, sur l’un des meilleurs emplacements immobiliers, tout près de la gare de Zurich Stadelhofen, un immeuble de six étages comblera dès 2012, avec une structure et des façades en bois, un vide dans un ensemble résidentiel. Cette liste des projets de constructions en bois à multiples étages bientôt achevés ou mûrs pour la réalisation n’est certes pas exhaustive. De plus, les projets réalisés – ils sont dans l’intervalle au nombre d’environ 1 500 – ainsi que ceux qui sont en cours, se répartissent dans toute la Suisse. Du reste, ils se caractérisent typiquement, non seulement par une proportion inhabituellement élevée de bois, mais aussi par des maîtres d’ouvrage et des investisseurs innovants. Il est frappant que ce soient surtout des coopératives d’habitation et des maîtres d’ouvrage publics qui découvrent et veulent expérimenter la construction en bois moderne comme variante propre à densifier des quartiers d’habitation et les axes urbains.

performant, mais aussi pour que sa construction soit durable. Les investisseurs publics mettent en œuvre un choix de matériaux ciblé aussi pour les nouveaux édifices remplaçant d’anciens ensembles de logements dont la construction massive ne répondait plus suffisamment aux critères de qualité actuels. Leur propre conviction rejoint l’intention de mieux répondre aux besoins des futurs habitants. Car l’engagement écologique est aussi indirectement couplé à une réflexion économique. Une réduction des frais accessoires – comme c’est typiquement le cas pour des habitations énergétiquement performantes – peut en augmenter considérablement la demande sur le marché immobilier actuel et futur. Mais la réduction des loyers bruts initiaux n’est pas le seul apanage des coopératives. Les investisseurs institutionnels qui ont une expérience des immeubles en bois à plusieurs étages ont aussi insisté sur la nécessité d’une base de prix fiable pour les nouveaux locataires. Un tel investisseur est par exemple le groupe d’assurance Allianz Suisse qui a fait construire à Oberwinterthur le lotissement ‹Eulachhof› à zéro énergie, avec une technologie hybride – un noyau massif en béton entouré d’une enveloppe légère en bois. Il est vrai que les plus-values ont été d’environ 10 % à l’achat. On s’attend pourtant à atteindre un rendement de plus de 4 %, usuel sur le marché. Au contraire, la publicité du deuxième grand investisseur porte moins sur les chiffres et d’avantage sur la création d’une substance bâtie de qualité élevée grâce à la mise en œuvre du matériau bois. La division Real-Estate du Crédit Suisse a déjà érigé un petit lotissement construit en bois à St. Erhard (Lucerne). En plus de l’orientation vers des habitations durables, l’argumentation porte surtout sur le choix de matériaux sains et recyclables. En ce moment, les investissements dans le marché immobilier sont aussi motivés par la demande. Il faut dire que les personnes ayant un style de vie urbain et respectueux de l’environnement sont absolument séduites par le matériau de construction bois, traditionnel, mais mis en œuvre de façon moderne.

4.4.2 Motifs écologiques pour l’investissement L’histoire des constructions en bois à plusieurs étages est encore jeune. Des références très prometteuses des points de vue technique, constructif et esthétique existent déjà. Mais la cause de la préférence pour la construction en bois de la part des coopératives d’habitation zurichoises, de l’administration des immeubles de la Ville de Berne ou d’autres propriétaires de bienfonds privés tient premièrement à une raison importante qui dépasse la spécificité des projets: la mise en œuvre de matériaux de construction disponibles en Suisse est écologiquement motivée. Afin de correspondre à une utilisation raisonnable des ressources finales selon la société 2000 Watts, le bâtiment ne doit pas seulement être conçu pour être énergétiquement

4.4.3 Les immeubles locatifs en bois sont dans le vent La construction de maisons à plusieurs familles est en plein essor. De manière réjouissante, la construction en bois à plusieurs étages en profite largement. Les chiffres relevés par le centre PME bois retiennent une part de marché croissante qui, entre-temps, se monte à environ 5 %. Dans le segment des maisons individuelles, la part de marché est presque trois fois plus élevée, ce qui démontre que la construction en bois sait répondre aux exigences de performance énergétique par une architecture contemporaine. Ce qu’a révélé une enquête de la Haute école spécialisée bernoise sur le choix du matériau bois n’est donc pas surprenant: les maîtres d’ouvrage privés apprécient

41 Protection du climat, efficacité énergétique et construction en bois – Bases

les qualités fonctionnelles de ce matériau de construction naturel et sont convaincus par la construction en bois en tant que variante moderne et écologique. En outre, il apparaît que l’avis des architectes soit pris en compte – autant dans la recherche d’informations que dans le processus de décision. En Allemagne la situation semble tout aussi prometteuse: la tendance est au mode de construction durable et la réputation du bois est très bonne. Ce qui plaît ici ce sont la bonne isolation thermique, un climat sain et agréable et l’utilisation multiple – fonctionnelle et esthétique. Le secteur cherche à couvrir la demande grâce à des solutions portant sur des systèmes innovants. Pourtant, il existe aussi des résistances chez notre voisin du nord. L’étude prospective diligentée par le ministère fédéral allemand de la recherche et de la formation pour la

Figure 33 : Coûts durant le cycle de vie. Source: Gestion immobilière durable KBOB

valorisation matérielle du bois ‹Holzwende 2020 plus› s’est heurtée à des préjugés persistants, surtout de la part des investisseurs: la construction en bois durerait trop peu d’années, poserait des problèmes pour la protection contre l’incendie et le bruit et le matériau serait sensible aux ravageurs. Une enquête détaillée auprès des investisseurs est en préparation en Suisse car dans ce pays aussi, des réticences et des réserves ont été émises. Celles-ci concernent par ex. les incertitudes quant à l’évolution des coûts durant le cycle de vie car les immeubles de référence ont été érigés il n’y a que quelques années. L’enquête de la Haute école spécialisée bernoise a démontré que les coûts d’entretien durant le cycle de vie font pourtant partie des critères de décision les plus importants.

Coûts durant le cycle de vie d’un bâtiment Frais ultérieurs 80 – 100 100 % années

Investissement 3 – 5 années 0 % 1 an Conception

1 an

Maîtrise des coûts

1 – 3 ans Mise en service Bâtiment peu durable

4 x 20 – 25 ans Exploitation Bâtiment plus durable

1 an Liquidation

42 Protection du climat, efficacité énergétique et construction en bois – Bases

4.4.4 Potentiel d’optimisation Ceux qui ont investi en pionnier dans les constructions en bois présument aussi qu’il existe un potentiel de standardisation et d’optimisation encore inexploré. On sait que le processus d’élaboration doit être dirigé suffisamment tôt vers le mode de construction en bois. Néanmoins, le choix du bois pour un revêtement de façade ou pour une structure porteuse demeure en soi un des thèmes le plus souvent – et fondamentalement – discutés au cours de la conception. Dans ces circonstances, la construction en bois est non seulement louée pour ses avantages écologiques, mais il est aussi fait état d’expériences positives dans le domaine de l’hygiène du bâtiment, de la légèreté et de durées de fabrication et de montage réduites. C’est en raison de tous ces aspects que la construction en bois a acquis une bonne réputation et conquis une grande part de marché dans l’édification

Figure 34 : Acteurs du processus immobilier. Source: Gestion immobilière durable, KBOB

d’immeubles commerciaux flexibles ou dans la transformation et l’agrandissement de maisons à plusieurs familles. De plus, la coopérative de construction Zurlinden montre, par un exemple concret, comment le savoir-faire constructif et technique élaboré peut être lui-même valorisé avec avantage: ainsi, d’une part, un système moderne de parois massives en bois a été développé pour le lotissement de sept étages ‹Badenerstrasse› et d’autre part, la protection contre le bruit – malgré des réserves internes – a été résolue sans entraîner de réclamations des locataires. C’est pourquoi le prochain immeuble en bois multi étages est déjà en construction. A ‹Sihlbogen› aussi, les parois et les dalles sont entièrement en bois. Et parce que presque toutes les entreprises artisanales mandatées sont elles-mêmes membres de la coopérative, celles-ci en escomptent un avantage concurrentiel immédiat.

Rôles et objectifs des acteurs du processus immobilier Niveau stratégique Promoteur / invest. orienté court terme Bénéfice maximal sur capital investi

Investisseur orienté long terme

Maître d’ouvrage

Propriétaire

Coûts construction faibles Absence de défauts

Rendement adéquat régulier Maintien, accroissement de la valeur Bonnes possibilité de location à long terme Faible coût du cycle de vie Image, renom Adéquation avec but d’utilisation Moindre risque; modif. légale Moindre risque; variation prix énergie Moindre risque; évolution sociale

Gestionnaire de portefeuille

Facility manager

Niveau opérationnel Organisation du projet de construction

Gérant

Locataire / utilisateur

Frais d’exploitation faibles Satisfaction utilisateurs/ Propriétaire Exploitation sans incident

Qualité de vie élevée Bonnes prestations Charges peu élevées Frais d’utilisation, loyers peu élevés

43 Protection du climat, efficacité énergétique et construction en bois – Bases

5 Aperçu

La thématique étudiée est actuelle et extrêmement intéressante. Les résultats des recherches menées dans le cadre de cette publication corroborent les dires du Prof. Dr. Werner Sobek (Stuttgart) selon lesquels ‹la construction légère deviendra une condition importante de la durabilité›. Pourtant, le fait que la construction en bois devienne, par ce fait, une ‹attitude générale› ne peut guère être obtenu par un questionnement unidimensionnel comme solution intégrale. A l’avenir la limitation des frontières du bilan au bâtiment ou même à des éléments de construction individuels ou à des produits, continuera de perdre de sa portée (mot-clef ‹gain en autarcie/ coûts›, ‹LowEx›). C’est pourquoi, en plus de l’application cohérente des principes de la construction légère et de l’utilisation en cascade du bois, il importe de développer encore plus les techniques actuelles de conception et de construction. Pour le moment, les stores ou les marquises sont souvent les seuls éléments de construction dynamiques d’un bâtiment. Le taux de recyclage des automobiles se situe à environ 90 % alors que celui des constructions atteint juste 4 %. Le secteur est soumis à cette contrainte – il y a grand besoin d’idées intelligentes et de projets. En outre, afin d’accroître la mise en œuvre du bois, une communication ouverte largement soutenue est nécessaire, qui montre les avantages d’une architecture intégrant le bois. A cet effet, le Lignatec triple, dont ce fascicule constitue le premier volet, doit apporter une contribution à illustrer les points forts de la construction en bois quant à la protection du climat et à la performance énergétique.

Mise en pratique Dans le deuxième numéro de la série, la mise en pratique de la conception de constructions en bois performantes sur le plan du CO2 et de l’énergie est illustrée au moyen d’exemples de constructions neuves et de transformations. Comme ce fascicule, celui-ci offre aux décideurs des arguments et des faits et fournit aux concepteurs, architectes, ingénieurs ou aux entrepreneurs, une aide pratique pour la concrétisation. Un troisième volet donne un aperçu des labels dans le bâtiment pour le domaine ‹énergie et climat›.

Impressum Lignatec Les informations techniques bois de Lignum Editeur Lignum, Economie du bois suisse, Zurich Christoph Starck, directeur Responsable Olin Bartlomé, dipl. Holzing. FH, Lignum, Zurich Illustrations Figure 15: Hannes Henz, Zurich/Lignum; Figure 16: EM2N Architekten, Zurich/Lignum. Toutes les autres figures sans référence sont des auteurs ou de Lignum. Mise en page BN Graphics, Zurich Administration/distribution Andreas Hartmann, Lignum, Zurich Impression Kalt-Zehnder-Druck AG, Zoug Traduction Jean-Marie Rotzer, Le Prévoux Denis Pflug, Cedotec-Lignum, Le Mont-sur-Lausanne

Lignatec traite des questions techniques relatives à l’utilisation du bois et des matériaux dérivés. Lignatec s’adresse aux planificateurs, ingénieurs, architectes ainsi qu’aux transformateurs et utilisateurs du bois. Lignatec est utilisé dans l’enseignement au niveau HES et EPF. Un classeur est disponible auprès de Lignum. Les membres de Lignum reçoivent Lignatec gratuitement. Exemplaires supplémentaire pour les membres CHF 15.– Exemplaires pour non membre CHF 35.– Classeur vide CHF 10.– Sous réserve de modification de prix Le copyright de cette documentation est propriété de Lignum, Economie suisse du bois, Zurich. Toute reproduction n’est autorisée qu’avec l’accord exprès et écrit de l’éditeur. Exclusion de responsabilité La présente publication a été produite avec le plus grand soin et selon les meilleures connaissances. Les éditeurs et les auteurs ne répondent pas de dommages pouvant résulter de l’utilisation et à l’application de cette publication. LIGNUM Economie du bois suisse En Budron H6, 1052 Le Mont-sur-Lausanne Tél. 021 652 62 22, Fax 021 652 93 41 info@lignum.ch www.lignum.ch Lignatec 25/2011 Protection du climat efficacité énergétique et construction en bois – Bases Parution septembre 2011 Edition française: 1800 exemplaires ISSN 1421-0312