Efficacité énergétique des bâtiments, mesures, performances et conséquences sur la gestion des réseaux électriques, par Didier Roux

1. Efficacité énergétique des bâtiments, mesures, performanceset conséquences sur la gestion des réseaux électriques www.theshiftproject.org

2. Didier Roux, Directeur de la recherche et de l’innovation de Saint-Gobain et membre de l’Académie des Sciences Efficacité énergétique des bâtiments, mesures, performances et conséquences sur la gestion des réseaux électriques

3. Efficacité énergétique des bâtiments, mesures, performances et conséquences sur la gestion des réseaux électriques Didier Roux Dr R&D et Innovation 3

4. Efficacité Energétique des bâtimentsGénéralitésComment fonctionne un bâtimentConséquences statiquesConséquences dynamiques Didier Roux 20 mai 2014

5. Agenda Les enjeux globaux Pays développés Pays en voie de développement La thermique d’une maison Conséquences de la rénovation du parc Statique (consommation) Dynamique (gestion des réseaux) Quelques considérations sur le coût 5

7. L’énergie et l’environnement en pays développés Dépenses énergétiques en Europe 42% 28% 32% Millions Tonnes équivalentpétrole France 45,4 %

8. 8 Le cadre réglementaire : neuf essentiellement Europe U n but commun mais une vitesse différente Arriver rapidement à zéro énergie pour le neuf Accélérer la rénovation «en profondeur» passer de 1% à 3 ou 4% par an Des Leaders Danemark, Suède, Allemagne, Autriche, Suisse… Des pays à la traine Europe du sud Des pays qui rattrapent vite UK, France… USA Un enjeu identifié mais une réglementation complexe à tous les niveaux Fédéral, Etats, Ville… Chine, Asie Un cadre réglementaire qui se durcit mais un vrai enjeu pour le faire respecter

9. 9 Et l’ancien… Clairement le parent pauvre Principalement des incitations Efficacité assez grande Effets pervers Choix technologiques guidés essentiellement par les réductions d’impôts Quelques essais de labellisation BBC Effinergie Rénovation Passiv Haus : incluant des éléments passif… Passant par des acteurs des filières professionnelles Certificat d’énergie Ou la valorisation des biens Diagnostique de performance énergétique Avec obligation d’affichage…. Mais quel fiabilité?

10. 10 Des enjeux différents selon les pays Europe Un enjeu limité sur le neuf Beaucoup plus fort sur le bâti Parc vieillissant Amérique du Nord Dans le passé : un intérêt limité pour l’efficacité énergétique Récemment : une prise de consciencemais une mise en oeuvre difficile Asie Une urbanisation rapide En 2015 50% des bâtiments en Chine auront moins de 15 ans Inde

11. Un cerclevertueux 11 Mesures Contrôle Diagnostic Prescription

13. CONFIDENTIAL -Disclosure or reproduction without prior written permission of Saint-Gobain Recherche is prohibited. Les caractéristiquesde l'enveloppe C'estuneestimation pas unemesure Et dansla vie réelle? •Performances inférieuresde 40% en moyenne •Jusqu'à120% d'écart* *Rapport LEEDS sur32 maisonsrénovées

14. CONFIDENTIAL -Disclosure or reproduction without prior written permission of Saint-Gobain Recherche is prohibited. Comment mesurerla performance énergétiqued’un bâtiment? Mesurede la quantitéd'énergiepar unitéde temps (puissance) nécessairepour maintenirla différencede températureentre l'intérieuret l'extérieur ●Test de chauffagecombiné(Co Heating) ●Impossible à effectueravec précisionsurun vraibatiment chauffagecombiné: beaucoup d'autressources de chaleur(solaire, appareils, persones…) Le batimentn'estjamaisdansun étatsable (la températureextérieurechange tout le temps) De nouvellesméthodessontnécessaires ●Test QUBat(Brevet Saint-Gobain) Des progrèsintéressants: mesurespossiblesen quelquesheures

15. CONFIDENTIAL - Disclosure or reproduction without prior written permission of Saint-Gobain Recherche is prohibited. Pourquoi cela n'est pas simple La temperature extérieure évolue en permanence et la maison n'est jamais dans un état stable 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 -500,00 500,00 1500,00 2500,00 3500,00 4500,00 T PP amb T PP amb board T Cham mur T Cham mur board Temps ext Jour 1 Jour 2 Jour 3 Jour 4

16. CONFIDENTIAL -Disclosure or reproduction without prior written permission of Saint-Gobain Recherche is prohibited. Comment la maisonréagit-elleau changementde température? CapacitéThermique: ●C = Cp* masse des matériaux Pertes ●K = U * Surface de l'enveloppe Characteristiquede temps* : ●Le rapport t = C / K = temps caracteristique Typiquementplusieursjours * Largest time constant 2 contributions ●Modification de la températuredes matériaux(capacitéthermique, ouinertie) ●Compenseles pertesthermiques(isolation : valeurU)

17. CONFIDENTIAL - Disclosure or reproduction without prior written permission of Saint-Gobain Recherche is prohibited. Comment la maison réagit-elle au changement de température? Refroidissement : DT = DT0 (1 - t/t) ● t = C / K, t = temps Réchauffement : DT = P/C t ● P : Puissance du chauffage 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 -500,00 500,00 1500,00 2500,00 3500,00 4500,00 T PP amb T PP amb board T Cham mur T Cham mur board Temps ext t mn T

18. CONFIDENTIAL -Disclosure or reproduction without prior written permission of Saint-Gobain Recherche is prohibited. Unecooperation avec deuxUniversités: University of SalfordManchester ●Un outilunique : the Energy HouseLeeds Metropolitan University ●De solidescompétencesen Science du Bâtiment

19. CONFIDENTIAL -Disclosure or reproduction without prior written permission of Saint-Gobain Recherche is prohibited. L'Energyhouse de l'universitéde Salford: unemaisonvictoriennejumeléeen environnementcontrôlé Un environnemententièrementcontrôlé

20. CONFIDENTIAL -Disclosure or reproduction without prior written permission of Saint-Gobain Recherche is prohibited. L'Energyhouse de l'universitéde Salford: échelle1 Un environnemententièrementcontrôlé Température(-2ºC à +30ºC) avec uneprécisionde +/-0.5ºC Humidité(10% -100 %) avec uneprécisionof 1% Pluie: jusqu’àéquivalentà 200mm par heure Vent léger Neige

21. CONFIDENTIAL -Disclosure or reproduction without prior written permission of Saint-Gobain Recherche is prohibited. Grandes lignes Objectifs du projet Résumé du programme de tests Résultats Enseignements / tests ultérieurs Marketing

22. CONFIDENTIAL -Disclosure or reproduction without prior written permission of Saint-Gobain Recherche is prohibited. Full Retrofit Full Retrofit without Floor Insulation Solid Wall Insulation Performance Glazing Loft Insulation Reference Acoustic Test Energy House Programme de tests Renovation complète Rénovationsans isolation du sol Isolation des murs(extérieurs) vitrage Isolatindes combles Référence Test acoustique

23. CONFIDENTIAL -Disclosure or reproduction without prior written permission of Saint-Gobain Recherche is prohibited.

28. CONFIDENTIAL -Disclosure or reproduction without prior written permission of Saint-Gobain Recherche is prohibited. Grandes lignes Objectifs du projet Résumé du programme de tests Résultats Enseignements / tests ultérieurs Marketing

29. CONFIDENTIAL -Disclosure or reproduction without prior written permission of Saint-Gobain Recherche is prohibited. Mesuressurquelquesjours(stable)

30. CONFIDENTIAL -Disclosure or reproduction without prior written permission of Saint-Gobain Recherche is prohibited. QUbat 0,3°C / hour 1 °C / hour

31. CONFIDENTIAL -Disclosure or reproduction without prior written permission of Saint-Gobain Recherche is prohibited. Performance globale du bâtiment Renovation complète Rénovationsans isolation du sol Isolation des murs Vitragesperformants Isolation des combles Référence Isolation des combles X X X Isolation des murs X X X Fenêtres3G X X X Sol X UBAT statique(W/m2/K) 0.51 ±0.02 0.57 ±0.02 (Floor T°17) 0.7 ±0.03 1.26 ±0.06 1.28±0.07 1.33±0.07 SG Quick-U-Bat 0.53 ±0.05 Failed 0.74 ±0.07 1.31±0.05 1.35±0.05 1.46±0.06 Consommationénergétique(kWh/m²/an) 69 82 100 174 180 187 Amélioration 2,7 2,3 1,9 1,08 1,04 1 Le haut rendement de la rénovation est prouvé Tous les éléments doivent être rénovés pour le confort thermique

32. CONFIDENTIAL -Disclosure or reproduction without prior written permission of Saint-Gobain Recherche is prohibited. Performance des éléments pris séparément EWI et l'isolation du plafond sont peu performantes. Le montage peut être amélioré Le calcul prédictif de l'isolation du sol n'est pas conforme aux résultats obtenus La prévision de performance du vitrage et de l'IWI est bonne Les calculs ne sont pas suffisants ! Certains éléments peuvent être améliorés! U W/m2/K EWI IWI Vitrage Sol Plafond Calcul 2,1 2,1 2,5 0,59 0,4 Avant 1.68 ±0.24 1.58 ±0.21 2.46 ±0.3 0.61 ±0.03 0.34 ±0.08 Après 0.34 ±0.03 0.25 ±0.06 1.3 ±0.16 0.14 ±0.03 0.21 ±0.1 Calcul 0.29 0.24 1.33 0.17 0.12

33. CONFIDENTIAL -Disclosure or reproduction without prior written permission of Saint-Gobain Recherche is prohibited. Diversitédes temps caractéristiques House Bungalow Beaucouzé BioCocoon Salfordold SalfordNew Mérignac C MJ/K 1,18 50 / 10 20 20 20 110 K W/K 30 109 / 30 132 228 80 450 tdays 0.4 5,3 / 3,8 1,75 1 2,7 3 Temp/time (DT = 20°C) 2 °C/h 0,2°C/h 0,5°C/h 1°C/h 0,3°C/h 0,3°C/h

35. Parc énergétique Français Moyenne du parc Francais : 280 kWh/an Etat énergétique du parc 0% 3% 18% 31% 22% 9% 15% A < 50 B 51 à 90 C 91 à 150 D 151 à 230 E 231 à 330 F 331 à 450 G > 450 Pourcentage de répartition des étiquettes

36. CONFIDENTIAL -Disclosure or reproduction without prior written permission of Saint-Gobain Recherche is prohibited. L’énergie et l’environnement en pays développés Dépenses énergétiques en Europe 42% 28% 32% Millions Tonnes équivalentpétrole France 45,4 %

37. CONFIDENTIAL -Disclosure or reproduction without prior written permission of Saint-Gobain Recherche is prohibited. Consommation énergétique des bâtiments kWhep/m2/an

38. CONFIDENTIAL -Disclosure or reproduction without prior written permission of Saint-Gobain Recherche is prohibited. Economie potentielle > 500 MTep (25%) MTep

40. CONFIDENTIAL -Disclosure or reproduction without prior written permission of Saint-Gobain Recherche is prohibited. Utilisationdes batimentspour économiserl'énergie/ électricitésurun réseau Si le systèmede chauffageutilisel'électricité ●Convertisseurthermiquedirect ●Pompeà chaleur En fonctiondu temps charactéristiquedes maisons/appartements ●En estimantqu'unepertede 1°C peutêtreacceptable Arrêterle chauffagependant unecertainedurée ●1h if t = 1 day ●4h if t =4 days

41. CONFIDENTIAL -Disclosure or reproduction without prior written permission of Saint-Gobain Recherche is prohibited. Jour d'hivertype (France)

42. Consommationélectriqueen France Heating

44. CONFIDENTIAL -Disclosure or reproduction without prior written permission of Saint-Gobain Recherche is prohibited. 44

45. CONFIDENTIAL -Disclosure or reproduction without prior written permission of Saint-Gobain Recherche is prohibited. Quelqueschiffres 36% des systèmesde chauffagesontélectriques Pic en hivers (100 GW) 2,3 GW par °C Amplitude de pic 10 GW (19h) Pour un jour d'hivertype 40 GW pour le chauffage ●30 GW residentiel ●10 GW Tertiaire Si 25% des chauffagessontcoupés pendant 3-4 heures, le pic esteffacé

47. Coût Objectif 500 000 logements rénovés / an 100 m² en moyenne Gain de 200 kWh/m²/an (de 280 à 80 kWh/m²/an) 20 000 €(surcoût de rénovation thermique) Coûts 10 Md€pour -10 TWh/an Total Coût de l’énergie 60-80 €du MWh* Comparaison nucléaire EPR Coût 8,5 Md€(Flamanville) pour + 10 TWh/an Production Coût de l’énergie 70-90 €du MWh* *Amortissement sur 30 ans taux d’actualisation de 3% 47

48. Conclusions 1/2 : un cerclevertueux 48 Mesures Contrôle Diagnostic Prescription

49. Conclusions 2/2 La mesure permet le contrôle et la confiance La rénovation Elément clé de la transition énergétique Le coût de l’économie d’énergie De l’ordre de grandeur du coût de productionPlus vertueux L’importance de bien connaitre son parc de bâtiment Un parc connecté permet de mieux gérer la production 49

50. Back-up 50

51. 51

52. 52

55. CONFIDENTIAL -Disclosure or reproduction without prior written permission of Saint-Gobain Recherche is prohibited. Saint-Gobain: a short presentation Didier Roux R&D and Innovation Vice President 55

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