10 innovations pour la performance énergétique des bâtiments

Décarbonation : 5 pistes innovantes pour doper la performance énergétique des bâtiments 

44 %. C’est la part des consommations d’énergie de la filière du bâtiment en France… une filière qui dépasse donc de 13 points le secteur des transports.  

Au-delà du coût environnemental, le « logement » est le poste budgétaire le plus lourd pour les ménages, principalement à cause de la flambée du coût de l’énergie fossile. C’est donc tout naturellement que l’optimisation de la performance énergétique des bâtiments s’impose à l’avant-garde des efforts de la France pour se décarboner.  

Cet article explore l’impact du secteur dans les émissions de gaz à effet de serre en France et présente 5 pistes innovantes pour doper la performance énergétique de nos bâtiments. 

Performance énergétique des bâtiments : de quoi parle-t-on ? 

La performance énergétique d’un bâtiment désigne sa capacité à répondre à ses besoins en termes de services énergétiques (chauffage, refroidissement, éclairage, eau chaude sanitaire et autres usages électriques) avec une consommation d’énergie minimale tout en se pliant à deux contraintes :  

• Garantir le confort et la qualité de l’air intérieur pour les occupants ; 
• Limiter au minimum son impact environnemental sur l’ensemble de son cycle de vie. 

De manière plus technique, la performance énergétique d’un bâtiment se définit comme le rapport entre l’énergie consommée ou prévue pour son fonctionnement et les conditions de confort définies, rapportée à une unité de surface et à une période donnée.  

Elle est généralement déterminée en fonction de l’efficacité avec laquelle le bâtiment utilise l’énergie pour maintenir les conditions intérieures de confort thermique, visuel, acoustique et la qualité de l’air requises par ses occupants d’une part, et pour faire fonctionner correctement les systèmes et appareils électriques.  

Cette définition englobe la consommation en énergie primaire et l’efficacité énergétique des systèmes du bâtiment, tout en intégrant l’impact des stratégies de conception passive, de l’utilisation d’énergies renouvelables et de l’implémentation des technologies de gestion de l’énergie.  

Elle se base donc sur une approche globale qui considère les apports énergétiques, les pertes, les récupérations d’énergie et les émissions de gaz à effet de serre afin d’optimiser le bilan énergétique global du bâtiment sur son cycle de vie complet. 

Les trois critères de la performance énergétique des bâtiments 

La performance énergétique des bâtiments est généralement évaluée à l’égard de trois critères essentiels : la CEP, l’efficacité énergétique et les émissions de GES. 

#1 Consommation d’énergie primaire (CEP) du bâtiment 

C’est la quantité totale d’énergie nécessaire pour le fonctionnement d’un bâtiment, depuis la source d’énergie jusqu’à son utilisation finale. On parle notamment de l’énergie utilisée pour le chauffage, le refroidissement, l’éclairage, la production d’eau chaude et les différents appareils électriques.  

Le bilan énergétique permet de mesurer ce critère en utilisant des coefficients de conversion pour passer de l’énergie finale consommée (par exemple, l’électricité telle qu’elle est utilisée dans le bâtiment) à l’énergie primaire, en tenant compte des pertes lors de la production et du transport de l’énergie. Le résultat est exprimé en kWh/m²/an.  

Ce calcul est généralement réalisé à l’aide de logiciels qui simulent la performance énergétique du bâtiment en fonction de ses caractéristiques et de l’énergie estimée nécessaire pour son fonctionnement. 

#2 L’efficacité énergétique du bâtiment 

On parle ici de la manière dont le bâtiment utilise l’énergie pour fournir les services énergétiques nécessaires aux occupants.  

Ce critère englobe donc la performance de l’enveloppe du bâtiment (murs, toit, fenêtres) en termes d’isolation, ainsi que l’efficacité des systèmes de chauffage, de ventilation, de climatisation et d’éclairage.  

L’efficacité énergétique est mesurée en comparant la quantité d’énergie utilisée par rapport à une norme, ou « benchmark ». Le coefficient de transmission thermique (U-value) pour les matériaux est par exemple obtenu à partir d’essais en laboratoire, tandis que les performances des systèmes sont évaluées via leur COP ou leur rendement énergétique saisonnier. Les diagnostics de performance énergétique (DPE) peuvent également être utilisés pour évaluer l’efficacité énergétique d’un bâtiment existant et exploité. 

#3 Les émissions de gaz à effet de serre (GES) du bâtiment  

Les émissions de GES liées à l’utilisation énergétique d’un bâtiment sont principalement dues à l’utilisation de combustibles fossiles pour le chauffage, la production d’électricité ou d’autres services énergétiques.  

Pour mesurer les émissions de gaz à effet de serre du bâtiment, on calculera la quantité de combustible consommé pour ensuite la multiplier par des facteurs d’émission qui représentent les émissions de CO2 par unité d’énergie consommée.  

Ces facteurs sont déterminés en fonction de la composition du mix énergétique et des technologies de production d’énergie. Le résultat est exprimé en kg CO2eq/m²/an et est souvent obtenu à l’aide de logiciels d’audit énergétique qui prennent en compte les diverses sources d’énergie utilisées par le bâtiment et les émissions qui en découlent. 

Performance énergétique des bâtiments : est-ce vraiment important ? 

Oui, et pas qu’un peu. En France, le secteur du bâtiment représente 44 % de l’énergie consommée, très loin devant le secteur des transports (31.3 %). Concrètement, le secteur du bâtiment émet chaque année plus de 123 millions de tonnes de dioxyde de carbone, soit environ 1.1 tonne équivalent pétrole par an et par habitant. 

Autre argument décisif : le poste « logement » pèse à lui seul 30 % du budget des ménages en France. Dans la mesure où les énergies fossiles deviennent de plus en plus rares et donc de plus en plus chères, le coût de l’énergie fossile ne cessera de croître pour les foyers (chauffage et eau chaude sanitaire notamment). 

Logiquement, l’amélioration de la performance énergétique des bâtiments s’impose comme un levier incontournable dans la lutte contre le réchauffement climatique et la transition énergétique dans notre pays. C’est pourquoi la filière du bâtiment est largement concernée par les engagements de la France à atteindre la neutralité carbone à l’horizon 2050, une condition sine qua non selon les experts du GIEC pour limiter le réchauffement climatique à +1,5° C. 

La politique énergétique de la France pour la performance énergétique des bâtiments s’articule autour de quatre axes :  

• Réglementer pour réduire progressivement (mais significativement) la consommation d’énergie des bâtiments neufs et existants, pour mieux maîtriser les loyers et les charges, faciliter l’accès au logement et interdire les équipements, les pratiques et les systèmes peu satisfaisants sur le plan énergétique ; 
• Sensibiliser et informer les usagers sur leur consommation d’énergie et favoriser les comportements écocitoyens qui contribuent favorablement à la sobriété énergétique et à la lutte contre le réchauffement climatique ; 

• Inciter à construire des bâtiments sobres sur le plan énergétique et à rénover les bâtiments anciens pour les rendre plus efficaces. Au moyen d’aides directes accordées aux ménages, l’Etat finance une partie des travaux de rénovation énergétique des bâtiments ; 
• Financer et stimuler la recherche et l’innovation. 

C’est ce dernier axe qui nous intéresse aujourd’hui. Où en est-on de l’innovation au service de la performance énergétique des bâtiments ? Voici 5 pistes (et cas concrets) qui pourraient changer la donne. 

#1 L’intégration photovoltaïque au bâti (BIPV) : harmoniser architecture et énergie solaire 

La technique de l’intégration photovoltaïque au bâti, ou BIPV, repousse les frontières de l’efficacité énergétique en mariant l’architecture et la production d’énergie solaire.  

Cette technique ne se limite pas à ajouter des panneaux solaires sur les structures existantes. Elle les incorpore directement dans l’enveloppe des bâtiments. En utilisant des cellules photovoltaïques insérées dans les vitrages, intégrées aux façades ou en remplacement des éléments de toiture traditionnels, la BIPV va au-delà de la réduction de la consommation d’énergie, puisqu’elle permet au bâtiment de devenir un générateur d’électricité nette. 

La Tour Elithis, à Dijon, est un exemple pionnier de cette innovation. Conçu pour générer davantage d’énergie qu’il n’en consomme, cet immeuble de bureaux et de commerces de 5 000 m² se distingue par son enveloppe active qui intègre des panneaux solaires. Nous sommes donc sur un bâtiment à énergie positive, au-delà du bâtiment neutre en carbone. 

#2 Les Matériaux à Changement de Phase, ou la régulation thermique en mode « smart » 

Les matériaux à changement de phase (MCP) révolutionnent la gestion thermique des bâtiments. Capables d’absorber, de stocker et de restituer la chaleur en fonction des variations de température, les MCP sont intégrés dans les structures comme les murs et les plafonds pour réduire la dépendance aux systèmes de chauffage et de climatisation.  

Cette technologie permet d’équilibrer les températures internes pour apporter un meilleur confort aux occupants tout en réduisant la consommation d’énergie de manière significative.  

L’édifice 7 More London Riverside, à Londres, est un exemple tangible de l’innovation en matière de performance énergétique des bâtiments grâce à l’intégration de matériaux à changement de phase. Conçu par le cabinet d’architecture Foster + Partners, ce bâtiment accueille le siège de la société de services professionnels PricewaterhouseCoopers (PwC). 

Pour optimiser la gestion thermique, 7 More London Riverside a intégré des matériaux à changement de phase dans ses plafonds qui absorbent la chaleur lorsque la température ambiante monte pour maintenir une température intérieure stable sans dépendre excessivement des systèmes de chauffage et de climatisation. Lorsque la température baisse, ces matériaux restituent la chaleur accumulée, contribuant ainsi à réduire les variations thermiques à l’intérieur du bâtiment. 

Avec une conception axée sur la durabilité, 7 More London Riverside bénéficie de la certification BREEAM « Outstanding », ce qui en fait l’un des grands bâtiments de bureaux les plus durables d’Europe. La réussite de ce projet réside dans l’harmonie entre design architectural avancé et technologies environnementales. C’est aujourd’hui une référence en matière d’efficacité énergétique dans la construction contemporaine. 

#3 La ventilation naturelle assistée par ordinateur 

La ventilation naturelle assistée par ordinateur est une avancée significative pour les bâtiments écologiques. Elle associe des pratiques ancestrales aux dernières innovations technologiques en la matière.  

Cette technique utilise des données environnementales, notamment la vitesse du vent et la température extérieure, pour réguler la circulation de l’air à l’intérieur du bâtiment via des ouvertures automatisées stratégiquement disposées (fenêtres et évents). 

L’utilisation de capteurs et d’un système de gestion du bâtiment intelligent permet d’ouvrir et de fermer ces ouvertures pour maximiser la ventilation naturelle lorsque les conditions le permettent. L’air intérieur est de meilleure qualité, ce qui favorise la bonne santé des occupants. 

Le Bullitt Center de Seattle, aux États-Unis, est considéré comme le bâtiment commercial le plus vert au monde. Il mobilise notamment des stratégies de conception passive pour maximiser l’utilisation de la lumière naturelle et de la ventilation.  

Les fenêtres du Bullitt Center sont équipées de capteurs qui les ouvrent et les ferment automatiquement en réponse au climat et à la qualité de l’air intérieur, créant un environnement de travail à la fois économe en énergie et agréable pour ses utilisateurs. Le bâtiment vise également l’autosuffisance énergétique, en partie grâce à son toit photovoltaïque massif. 

#4 Le stockage thermique souterrain : l’innovation en géothermie 

Le stockage thermique souterrain consiste à stocker l’énergie thermique dans le sous-sol pour une utilisation ultérieure. Cette méthode permet d’équilibrer la demande d’énergie saisonnière en stockant la chaleur excédentaire en été grâce à l’utilisation de pompes à chaleur et en la récupérant en hiver pour le chauffage des bâtiments.  

Cette solution est particulièrement adaptée pour les systèmes de chauffage urbain ou pour des complexes de bâtiments qui peuvent bénéficier d’une source centralisée de chaleur ou de froid. 

Le quartier de Solar City, à Linz, en Autriche, a fait le choix du stockage thermique souterrain. Cette zone urbaine qui compte des logements et des commerces de proximité embarque un système basé sur des puits de chaleur géothermique pour stocker l’excès de chaleur en été dans des aquifères souterrains.  

En hiver, cette chaleur est récupérée et distribuée aux bâtiments et logements du quartier, réduisant ainsi la consommation d’énergie fossile et les émissions de gaz à effet de serre. 

#5 Les façades dynamiques et adaptatives, ou le bâtiment « vivant » 

Les façades dynamiques et adaptatives incarnent une révolution dans la conception architecturale, où l’enveloppe d’un bâtiment va réagir en temps réel aux conditions climatiques et aux besoins intérieurs.  

Ces façades intelligentes peuvent modifier leur configuration, leur opacité et leur perméabilité pour optimiser les gains et les pertes de chaleur, la luminosité naturelle et le confort des occupants sans dépendre entièrement des systèmes de climatisation et de chauffage. 

Le bâtiment du Conseil de l’Union Européenne à Bruxelles, aussi connu sous le nom d’ « Europa », est sans doute l’exemple le plus connu de cette technologie de performance énergétique des bâtiments. Conçu par le cabinet d’architectes Philippe Samyn and Partners, il est muni d’une façade en verre « intelligente » composée de modules en forme de lanterne qui s’adaptent automatiquement aux changements de luminosité et de température extérieure. Chaque module peut s’opacifier pour réduire l’apport solaire et la surchauffe en été ou devenir transparent pour maximiser l’apport de lumière naturelle et la chaleur en hiver.