Daniel QUENARD
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Daniel QUENARD Division Matériaux - Dpt Enveloppe et Revêtements, CSTB Grenoble daniel.quenard@cstb.fr 04 76 76 25 46 . Se Loger – Se déplacer Peut-on se libérer de l’addiction aux énergies fossiles ?. 2 ième Edition du Congrès Professionnel Résidence & Bois

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Daniel QUENARD Division Matériaux - Dpt Enveloppe et Revêtements, CSTB Grenoble

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Presentation Transcript


Daniel QUENARD

Division Matériaux - Dpt Enveloppe et Revêtements,

CSTB Grenoble

daniel.quenard@cstb.fr 04 76 76 25 46

Se Loger – Se déplacer

Peut-on se libérer de l’addiction aux énergies fossiles ?

2ième Edition du Congrès Professionnel Résidence & Bois

« Zéro émission CO2 : construire des bâtiments de

très haute exigence environnementale »

Congrès Salon Résidence & Bois - Vendredi 30 septembre

Lyon–Eurexpo - Avenue Louis Blériot – Chassieu


Sommaire

La consommation des Ménages : Transport/Logement/Alimentation : Chiffres-Clés

La convergence Bâtiment-Transport

Le Concept Maison NRJ+ Mobilité Electrique

Quelques exemples à travers le monde

Conclusion


Ménages : Emissions de CO2Logement+Transport : 84 %

Source : GREEN INSIDE – IPSOS - 2011


Ménages : LogementChauffage/Energie : 84 % CO2

Source : GREEN INSIDE – IPSOS - 2011


Ménages : TransportsVéhicule Personnel : 79% CO2

Source : GREEN INSIDE – IPSOS - 2011


Le Consommateur IgnorantouMal Informé ?

Foyer


Dépenses énergétiques des ménages

2006

2006 :8,4 % budget (précarité : 10%)

4,8 % énergie du logement

3,6 % carburant automobile.

LOGEMENT

Chauffage

Eau Chaude Sanitaire

Cuisson

Equipement électrique de la maison

DEPLACEMENT

Carburant pour les véhicules.

Logement : surface d’habitation et source d’énergie utilisée pour le chauffage.

Transport : éloignement des villes-centres est le facteur clé en terme de dépenses en carburant.

Source : http://www.lefigaro.fr/conso/2010/10/12/05007-20101012ARTFIG00753-energie-les-francais-depensent-2300euros-par-an.php


Chauffage-Transport = Combustion (Chaudières /Moteurs CI)1 : Epuisement des ressources

Bâtiments

~70 % Chauffage/ECS

Chaudières : fioul-gaz-bois

( + électricité)

40 %

Uranium

Hydraulique

Transports

~ 50 % VP

Moteurs Combustion Interne

(98% pétrole)

29 %

21 %

Bâtiments + Transports

~70 %

Consommation Finale Energie

Chiffres 2006


Combustion 2 : Emission de GES / Climat

Transport + Bâtiment : 45 % GES – en hausse


Ile-de-France / Airparif /Estimations 2000

Contribution en % des différents secteurs

d’activités aux émissions de polluants

Combustion3 : Emissions Polluants / Santé

« La pollution de l’air diminue l’espérance de vie de 9 mois pour chaque Français et l’exposition aux particules fines causerait 40 000 décès chaque année. C’est un enjeu de santé public »

Nathalie KOSCIUSKO-MORIZET - décembre 2010

Particules (PM10) : B+T 60 %

NOx : B+T 60 %

Source : Impact sanitaire de la pollution atmosphérique urbaine Estimation de l’impact lié à l’exposition chronique aux particules fines sur l’espérance de vie – AFSSE – 2005

Source : ZAPA – Ministère - AirParif


Passage des Energies de stocks

à des Energies de flux

Consommation annuelle mondiale

Pétrole

Energies de stocks

Disponibles … mais qui s’épuisent

(Centrales/Chaudières/MCI …)

Gaz

Uranium

énergétiques

Ressources

totales

Charbon

Eolienne

Hydraulique

solaire

Energies de flux

dispersés & intermittents

Convertisseurs/Stockage

SURFACE

annuelle

Energie

Photosynthèse


Passage des Energies de stocks

à des Energies de flux


Réduire les émissions de CO2

Isolation thermique, ECS, CVC, Eclairage, Véhicules

… parmi les solutions les plus efficaces

Source : http://www.epa.gov/oar/caaac/coaltech/2007_05_mckinsey.pdf


Objectifs Grenelle

Notes : * électricité nécessaire pour les services qui ne peuvent être rendus que par l’usage de l'énergie électrique, tels que l'éclairage et

l'électroménager. Elle ne prend pas en compte l'eau chaude, le chauffage et la cuisson, qui peuvent utiliser différents types d'énergie ;

** corrigé des variations climatiques, c'est-à-dire calculé en tenant compte d'un indice de rigueur climatique, permettant d'obtenir la

consommation correspondant à des conditions climatiques "normales".

Source : Ceren.


RT2012 – 2020Réduction des consommationsProduction locale

FRANCE

5 usages RT

Chauffage

Ventilation

Climatisation

ECS

Eclairage/Aux.

RT 2012

Ordres de grandeur des consommations et productions locales d’énergie pour un logement


  • Consommation d’électricité

  • Eclairage/Electroménager/Multimédia

Source : ENERTECH Olivier SIDLER


… des Bâtiments à Energie Positive… mal localisés ?

Source : JP Traisnel

Source : Rolf Disch - PlusEnergieHaus Freiburg

« MAISun effort de 80 kWh/m².an est annulé par 20 km parcouru en véhicule particulier par jour, ce qui pose le problème du lien urbanisme/transport …»

Source : CAS : Centre d’Analyse Stratégique - Commission Énergie - Avril 2007


Performance & Localisation

Famille : 3 personnes - 100 m² - Gaz naturel

Source : Lille Métropole


Des Bâtiments Economes & Producteurs d’Energie… mais des usagers « énergivores »

2 autres usages + 1 impact

RT 2020

Conso.

Manque l’Energie Grise des Equipements Electrodomestiques et de la Mobilité


La voiture,nouvelle charge

ou nouvel équipement du bâtiment ?

http://www.batiactu.com/edito/une-maison-pour-mettre-l-energie-positive-a-portee-p3-23523.php


Production Intermittente – Consommation variableStockage

Capteurs Thermiques

Capteurs PV

Ballons ECS

Hybride : électro-solaire, gaz-solaire, biomasse-solaire …

Batteries


CESI et VESI

15-20m²

3-5 m²

Production

Batterie Electrochimique

H2PAC

Appoint

Bi-directionnel ?

Stockage

Ballon

300 - 500 l

15 - 20 kWh

Consommation

2300 kWh/an

2000 kWh/an*

CESI

Chauffe-eau Solaire Individuel

VESI

Véhicule Electrique Solaire Individuel

*Pour un VE avec une consommation de 150Wh/km parcourant 13000 km/an


Prolongateur d ’autonomie

Effaceur de Pic

Emprise au sol maximale (estimation) :

1 m x 1,4 m (avec panneaux solaires) - 0,8 m x 1,2 m (sans panneaux solaires). Poids total : 200 à 250 kg - Capacité batteries : 4 kWh environ.

Plusieurs technologies de batteries plomb envisagées.

Puissance photovoltaïque crête : 200 W


Intermittence Production/Consommation

Stockage (Froid/Chaud/Electricité)

Rafraichissement

Nocturne

Capteurs Th/PV

Apports

Solaires

Stockage Thermique

Inertie du bâti

Froid Domestique

Ballons ECS

Stockage Electrique

Stationnaire

Mobile (VE)

Apports

Internes

3

Froid

Frigo

1

Inertie Th.

du Bâti

4

Stockage Electrique Stationnaire

3-4 kWh

2

Chaud

ECS

5

Stockage Electrique Mobile

15 – 20 kWh

Mutualisation des équipements : chaud/froid ?

Multifonctionnalité des équipements : stockage/mobilité ?


VE : système de stockage mobile ?

150/200 Wh/km

80% < 60km

200 km

Electroménager

3000 - 6000 kWh/an

10 - 20 kWh/jour

1000 - 2000 kWh/pers

25 kWh

100 km

Ecrêtage

3 kWh/jour

Source : IFRI-IEA-Fulton


Vers une convergence Bâtiment-Transport ?


Le VE, unité de stockage d’électricité

Prévisions

météorologiques

Etat du réseau électrique

Connaissance des usages

Production locale EnR

Consommation électrique

Support réseau

Stockage stationnaire

Véhicule électrique – Stockage d’appoint

Connaissance des déplacements

PAGE 27


Courbe de charge journalièrescenario 3, journée d’avril

Alimentation par batterie

SOC (%)

Etat de charge Batteries

Puissance (W)

Etat de charge VE

Absence du VE

Conso Maison

Recharge batterie par PV

Prod PV

PAGE 28


Production locale / Surface disponibleOccupation / Utilisation des sols

France : 543 965 km²

1,5 % Sols Bâtis

8142 km²

9,4 % Zones Artificialisées

51 447 km²

Consommation électrique française : 550 TWh/an

- Energie solaire reçue par un carré de notre sol d'environ 25 km sur 25 km

- PV : 10 % rendement - 5000 km²

5000 km² : 61 % Sols Bâtis

9.72 % Zones Artificialisées

Source ; http://www.stats.environnement.developpement-durable.gouv.fr/acces-thematique/territoire/occupation-des-sols-et-paysages/indicateurs-cle-occupation-des-sols.html

Europe : Surface au sol des bâtiments  22 000 km² (carré de 150 km de coté).

40% des toitures et 15 % des façades : adaptées pour l’installation de panneaux PV.

Rendement : 15%

Production Potentielle : 1400 TWh= 40% consommation d’électricité en Europe

Source : European Photovoltaic Industry Association (EPIA),


Potentiel Énergétique des Toitures

210 bâtiments à Zurich

Un millier à Fribourg

GE SmartHouse

Surface de toit potentiellement utilisable pour le solaire thermique :

32,1 m² / 100 m² pour le canton de Fribourg

31,6 m² / 100 m² pour la ville de Zurich.

Surfaces de captage d'orientation optimale (orientée au sud et inclinaison moyenne).

11,7 m² pour 100 m² de surface habitable chauffée - Fribourg

4,8 m² pour 100 m² de surface habitable chauffée - Ville de Zurich.

Explications : Nombre d'étages,

Plus de toits orientés de manière optimale pour le canton de Fribourg

Bâtiments Basse Consommation (Minergie) + 100 l de stockage par m² de capteur solaire

70 % des besoins (Chauffage, ECS et air ambiant) sont alors couverts pour :

- 50 % des bâtiments d'habitation du canton de Fribourg

- 12,5 % de ceux situés à Zurich

Un « potentiel solaire thermique » nettement plus élevé à la campagne qu'en ville

Densification ?

Source : Le Moniteur - 2011


Villes Denses / Villes EtaléesRéduction Consommation / Potentialité de production

Villes étalées :

Consommation Transport élevée

mais potentialité de production ENR élevée (PV, éolien … )

Villes denses :

Consommation Transport Réduite

mais potentialité de production ENR faible

Source : CERTU – Newman & Kenworthy


Vers des Territoires à Energie Positive

1 kWh = 3,6 MJ

Production ENR

N+K : Transport

« pétrole »

Production ENR

500 000 MJ EP/ha/an 5,4 kWh élec./m2/an 5,4% du territoire urbain

1 000 000 MJ EP/ha/an 10,8 kWh élec./m2/an 5,4% du territoire urbain

Source : Raphael Ménard ECEEE – 2011

PAGE 32


Villes Denses / Villes EtaléesRéduction Consommation / Potentialité de production

1 kWh = 3,6 MJ

N+K : Transport « pétrole »

Production ENR + VE

Source : Raphael Ménard ECEEE – 2011

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Autonomie : un problème ?

Stationnement : 4 à 8h

Gare/Parking Relais

La moitié des salariés travaillent à moins de 10 km de leur domicile.

Plus de la moitié des véhicules est utilisée pour effectuer le trajet domicile-travail Distance moyenne domicile-travail = 25,9 km Distance médiane domicile-travail = 7,9 km87 % des personnes font moins de 60 km/jour en voiture


Temps de recharge ?

Les voitures ne sont utilisées que 5 % du temps, 1 heure par jour

… reste donc 95 % du temps pour les recharger, 23 heures à l’arrêt

… le temps de recharge est-il un problème ?

Source : Lille Métropole


Où sont les véhicules ?

France : 16 Millions Maisons Individuelles

16 Millions Prises ??

Source – GM-SAE


Faire le plein à l’arrêt et non plus

s’arrêter pour faire le plein

80 % du temps

Source – Schneider - Renault


Exemples à travers le monde


Habitat & Voiture à Emission Nulle

OPTION TOUT ELECTRIQUE

Voiture électrique

Plutôt pour les déplacements urbains et péri-urbains

Toiture et/ou Façades PhotovoltaïqueEolien Intégré

SOURCE : Buildings Technology In the Vanguard of Eco-efficiency

Ernst Ulrich von Weizsäcker, MP – SB05 – Tokyo - 2005


Toyota Dream HouseToyota : Constructeur Véhicules & Maisons

OPTION HYBRIDE

Maison « station-service »

Voiture « cogénérateur  »

Les capteurs photovoltaïques de la maison permettent de recharger les batteries de la voiture.

La Toyota Prius Hybrid (essence –électrique) peut être utilisée pour fournir de l’électricité à la maison pendant 36 heures en cas d’urgence.


Projet Living & MobilityUniversité de Lucerne-CHEchelle locale


Projet Living & MobilityUniversité de Lucerne-CH


SMARTGRID-SMARTHOUSE


Projet HONDA E_KIZUNA


Projet Volvo-A-HUS-Vattenfall

One Tonne Life


Concept MFC 2020

PAGE 46


Projet Energie-Plus-House

Berlin

http://www.bmvbs.de/SharedDocs/DE/Artikel/B/neues-energie-plus-haus-berlin.html?nn=36210


Projet Démonstrateur

Smart Grid - Village Rokkasho - Japon

« L’intégration totale entre résidence et voiture est enfin arrivée »

Senta Morioka, PDG de Toyota Home

Décembre 2010

Smart GridDemonstrationproject in Rokkasho Village – JWD – Toyota – Panasonic - Hitachi


Projet MEREGIO - Allemagne

Borne Bidirectionnelle


Projet SHARP - ECOHOUSE


Projet NISSAN/SEKISUI HOUSE

La Nissan LEAF est donc en mesure de faire office de dispositif de stockage d'électricité pour la maison en prévision de coupures de courant et/ou de pénuries.

La batterie lithium-ion de la voiture est capable de stocker jusqu'à 24 kW/hd'électricité, quantité d'énergie suffisante à l'alimentation d'un foyer japonais moyen pendant environ 48 heures

Questions : durabilité des batteries – cycles charges/décharges


Mitsubishi:i-MiEValimentation équipmentélectro-domestique

Aujourd’hui :

Alimentation d’un téléphoneou d’un ordinateur portable.

Demain :

Prise : 100 V

Puissance : 1500 W

Batterie lithium-ion : 16 kWh,

Consommation d’un ménage pour environ 1, 5 jour

PAGE 52


Quelles solutions ?GM Personal Ecosystem

Le VE, un nouvel équipement

du bâtiment


Nouveau Paradigme

Echelle du Quartier / Ville / Territoire

BEPOS / Micro-Réseaux

Source NREL : Image originale - Dean Armstrong – Terry Penney)


PERFORMANCE

Consommation

Potentialité de Production

Stockage/Mutualisation

LOCALISATION

Distances

Travail

Ecole

Commerces

Loisirs

NUISANCES

Carte Bruit

Pollution

Cadastre «  Synergétique »

http://www.cadastre.gouv.fr/scpc/rechercherPlan.do#


Autres mutualisations possibles ?


Mutualisationéquipements domestiques

Réfrigérateur/Congélateur

Froid

Chauffe-eau Thermodynamique

Chaud


Climatisation et ECS ?


Mutualisationéquipements informatiques / PC / ECS


Mutualisation à l échelle des bâtiments

Data-Center : Nouvelles Chaufferies ?

ECS/Piscine …

www.helen.fi


… des idées anciennes …

La voiture comme cogénérateur mobileLa voiture, comme système de chauffageCSTB Magazine n°98, oct. 1996

1912

1996

Source : Hermes


MERCI pour votre attention

Courbe de la puissance mondiale de combustion des carburants fossiles

..\..\..\BAT-ENERGIE-POS\AUTOnHOME\PHEV\PENNEY\Final Science Museum Class Presentation\HybridPlugin_05.exe

Source : Revue 3EI n°36 mars 2004

Bernard MULTON, Gael ROBIN, Marie RUELLAN, Hamid BEN AHMED - ENS Cachan


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