Corporate social responsibility: its history, ethical justification, and abuses in the business world

Solaire (INES) est envisagee debut 2007. Ces batiments seront des maisons individuelles a usage maitrise (non habitees) et a conditions climatiques subies.

L’objectif est de comparer differents types d’enveloppe permettant l’obtention d’une forte efficacite energetique et dont les deperditions peuvent etre compensees par des systemes a faible puissance qui restent a definir. Les resultats experimentaux obtenus permettront egalement de valider l’environnement de simulation oriente objet SimSPARK qui permet a ce jour de modeliser chaque composant de ces constructions. Mots-cles : label energie, batiment, simulation, efficacite energetique 1.

Introduction Dans un contexte d’epuisement des ressources energetique et de forte croissance des emissions de gaz a effet de serre, l’interet pour les economies d’energie devient de plus en plus important, en particulier dans le domaine du batiment qui en est un grand consommateur. Plusieurs concepts de batiments a forte efficacite energetique se sont developpes ces vingt dernieres annees. Nous essayerons dans un premier temps de presenter un bilan non exhaustif de ce qui se fait dans le domaine de l’efficacite energetique des batiments en Europe.

Puis, nous presenterons les batiments demonstrateurs qui seront construits a l’Institut National de l’Energie Solaire pour tester differentes enveloppes de batiments a forte efficacite. Enfin, nous verrons comment et pourquoi il est interessant de simuler le comportement de ces batiments a l’aide de la plateforme de simulation SimSpark. 2. Bilan sur l’efficacite batiments en Europe. 2. a. Glossaire Pour pouvoir comparer l’efficacite de differents batiments, il faut tout d’abord adopter un vocabulaire commun. Voici quelques definitions de base qui serviront pour la suite de l’article. 2. a. i.

L’energie (DGEMP, 2006) : energetique des o energie primaire : c’est la premiere forme de l’energie directement disponible dans la nature : bois, charbon, uranium, gaz naturel, petrole, vent, rayonnement solaire, energie hydraulique, geothermique… L’energie primaire n’est pas toujours directement utilisable et fait donc souvent l’objet de transformations : raffinage du petrole avoir de l’essence ou du gazole ; combustion du pour charbon pour produire de l’electricite dans une centrale thermique… o energie secondaire : c’est une energie obtenue par la transformation d’une energie primaire au moyen d’un systeme de conversion : par IBPSA France 2006 a La Reunion – 2&3 Novembre 2006 exemple, une centrale thermique produit de l’electricite (energie secondaire) a partir de charbon (energie primaire). Une energie secondaire peut aussi resulter de la transformation d’une autre energie secondaire. o energie finale : c’est l’energie livree aux consommateurs pour etre convertie en energie utile. Exemple : electricite, essence, gaz, gazole, fioul domestique etc. o energie utile : c’est l’energie dont dispose le consommateur, apres transformation de l’energie finale par des equipements (chaudiere, convecteurs electriques, ampoule electrique).

La difference entre l’energie finale et l’energie utile tient essentiellement au rendement des appareils utilises. 2. a. ii. Le batiment Figure 1 : cout global de l’energie dans un batiment – adapte de Dr Feist (Passivhaus, 2006) On se rend donc compte qu’il existe deux optima economiques : le premier pour une consommation de l’ordre de 40 kW. h/(m?. an) et le second pour une consommation de l’ordre de 15 kW. h/(m?. an). Le phenomene de chute du cout global vers 15 kW. h/(m?. n) lorsque la consommation energetique decroit est appele « effet tunnel ». Il s’explique par le fait que quand le batiment est vraiment bien isole, plus aucun systeme de chauffage ou de climatisation conventionnel n’est necessaire pour assurer le confort des occupants. Il suffit, par exemple, de rechauffer l’air entrant dans la maison par une pompe a chaleur de faible puissance pour subvenir aux besoins de chauffage. On voit donc bien l’interet economique de construire un batiment basse ou tres basse energie. 2. c.

Les labels Pour l’instant, les reglementations (meme les plus recentes) imposent une certaine efficacite energetique quantifiee par des grandeurs qui varient d’un pays a l’autre. La plupart des normes des pays europeens considere la consommation energetique annuelle du batiment rapportee a sa surface en kW. h/(m?. an) (ce qui est nouveau en France dans la RT2005). Mais, avec les valeurs imposees par les normes, on ne peut pas encore parler de forte efficacite energetique. Par contre, il existe des labels qui garantissent une forte efficacite energetique dans les batiments.

J’en presenterai ci-apres un certain nombre en donnant les criteres qu’ils imposent pour le cas des maisons d’habitation neuves. 2. c. i. Passivhaus (Passivhaus, 2006) Un certain nombre de terme sont utilises pour designer les batiments presentant une forte efficacite energetique. Voici un essai de definition de ces differents termes : o Maison passive : designe une maison qui repond aux criteres du label allemand Passivhaus. o Batiment basse energie : batiment pour lequel la consommation en energie finale pour le chauffage varie entre 30 et 60 kW. h/(m?. an). (Lecuelle, 2005). Batiment tres basse energie : batiment pour lequel la consommation en energie finale pour le chauffage varie entre de 10 et 15 kW. h/(m?. an). (Lecuelle, 2005). o Batiment a energie zero : Batiment qui produit autant d’energie qu’il en consomme en utilisant des energies renouvelables (panneaux solaires par exemple). Pour cette notion, on compare souvent l’energie finale recue par la maison a l’energie primaire produite, ce qui n’est pas tres correct. o Batiment a energie positive : Batiment qui produit plus d’energie qu’il n’en consomme (dans le meme esprit que les batiments a energie zero). 2. . Interet economique Si l’on prend en compte le cout global de tout ce qui est lie a l’efficacite energetique d’un batiment sur 20 a 30 ans, on peut observer l’evolution suivante en fonction de la consommation energetique. Les principaux criteres correspondant au label Passivhaus (Allemagne) sont les suivants : o Consommation pour le chauffage en energie finale inferieure a 15 kW. h/(m?. an) o Consommation totale du batiment (chauffage, eau chaude sanitaire (ECS), ventilation -2- IBPSA France 2006 a La Reunion – 2&3 Novembre 2006 et electricite domestique) en energie primaire inferieure a 120 kW. /(m?. an). o Puissance de chauffage maximale : 10 W/m? o Etancheite a l’air 0. 6 vol/h pour une difference de pression de 50 Pa entre l’interieur et l’exterieur. o Ventilation double flux (recuperateur de chaleur avec rendement de plus de 75%) 2. c. ii. MINERGIE (MINERGIE, 2006) ® Cependant, il fixe une valeur de consommation maximale en energie primaire pour le chauffage, l’ECS, la ventilation et l’eclairage qui se base sur la reglementation thermique. Depuis le mois de septembre 2006, la reference etant la RT 2005 (JO, 2006). 2. c. iii. 2. HPE et THPE (JO, 2003) t MINERGIE P ® En Suisse il existe 2 labels qui certifient l’efficacite energetique dans les batiments : MINERGIE® pour les batiments basse energie et MINERGIE-P® pour les batiments tres basse energie. 2. c. ii. 1. MINERGIE® Ses principales exigences sont les suivantes : o Consommation pour le chauffage, l’ECS, la ventilation et la climatisation en energie finale inferieure a 42 kW. h/(m?. an) o Aeration douce (exemple : double flux avec recuperateur sur air extrait) obligatoire. o Surcout par rapport a un batiment standard equivalent inferieur a 10%. 2. c. ii. 2. o

Les labels HPE (Haute Performance Energetique) et THPE (Tres Haute Performance Energetique) sont, eux aussi, associes a la reglementation thermique. Dans la RT 2005 il faut calculer la consommation energetique en energie primaire pour le chauffage, la ventilation, le refroidissement, la production d’ECS et l’eclairage du batiment appelee Cep. On la compare ensuite a une valeur limite appelee Cepref. Cette grandeur est elle-meme calculee a partir des caracteristiques du batiment et limitee par un Cepmax qui prend des valeurs differentes en fonction de la zone climatique et du type de combustible utilise pour le chauffage.

Pour repondre au label HPE ou THPE, il suffit de considerer un Cepref inferieur respectivement de 8% et de 15% a la RT 2005. On peut donc considerer les valeurs suivantes : MINERGIE-P ® Ses principales exigences sont les suivantes : Consommation pour le chauffage, l’ECS, la ventilation et la climatisation en energie achetee inferieure a 42 kW. h/(m?. an) o Puissance de chauffage maximale : 10 W/m? o Etancheite a l’air 0. 6 vol/h pour une difference de pression de 50 Pa entre l’interieur et l’exterieur. o Surcout par rapport a un batiment standard equivalent inferieur a 15%.

A noter que pour ces deux labels, l’energie electrique est penalisee d’un facteur 2 pour prendre en compte le rendement du mix energetique electrique et les pertes en ligne de la situation suisse. 2. c. iii. Les labels francais : Tableau 1 : Exigences des reglementations et labels francais pour chauffage, refroidissement, ventilation, ECS et eclairage 2. c. iii. 3. Effinergie (CSTB 2006) Ce label est pour l’instant un projet, mais une association du meme nom a ete creee pour le mettre en place par des acteurs de terrain (conseils regionaux, organismes financiers, industriels, bureaux d’etudes, experts du CSTB).

Le but avoue est de disposer d’un label francais a l’image des labels MINERGIE® et Passivhaus. 2. c. iv. Comparaison des labels Il existe aussi un certain nombre de labels francais dans ce domaine. 2. c. iii. 1. HQE (HQE, 2006) ® Le plus connu est le label HQE® (Haute Qualite Environnementale) mais il traite de la conception durable du batiment dans son ensemble et non specifiquement du point de vue energetique. Il est assez difficile de comparer les differents labels existants car ils ne sont pas bases exactement sur les memes criteres. On peut cependant faire plusieurs remarques.

Tout d’abord, les grandeurs que l’on compare sont rapportees a une surface. Or, cette surface n’est pas calculee de la meme facon pour tous les labels. -3- IBPSA France 2006 a La Reunion – 2&3 Novembre 2006 Dans MINERGIE®, on utilise la surface de reference energetique (SRE) (SIA, 1982) qui est la somme des surfaces de tous les locaux chauffes, y compris l’assiette des murs. Pour la RT2005 et donc pour HPE et THPE, on utilise la surface de plancher hors d’? uvre net (SHON) (CU, 2006) qui n’est pas du tout definie par rapport a un critere energetique.

C’est la somme des surfaces de plancher hors oeuvre de chaque niveau d’une construction a laquelle on deduit les surfaces de comble, balcon, loggia et quelques autres surfaces considerees comme non habitable. Pour ces deux calculs de surface, il est difficile de savoir par exemple si l’on doit compter les placards dans ces surfaces. La logique voudrait que l’on considere la surface chauffee habitable sans prendre en compte l’assiette des murs, mais ce n’est le cas ni dans la SHON ni dans la SRE.

Ainsi, la comparaison des valeurs limites n’est pas absolue car la difference de calcul de surface peut etre importante. Essayons quand meme de faire les comparaisons en gardant ce detail a l’esprit. En ce qui concerne le label THPE (tres haute performance energetique), on se rend compte qu’on peut tres bien obtenir ce label dans des conditions climatiques comparables a celles de l’Allemagne (zone climatique H1) en ayant une consommation energetique primaire pour le chauffage, l’ECS, la climatisation et la ventilation de 213 kW. h/(m?. an).

Si l’on compare avec le label Passivhaus, qui integre pourtant un poste supplementaire qui est l’electricite domestique, on se rend compte que cette valeur est quasiment deux fois superieure. Par consequent, ce label garantit une performance energetique bien moindre que les labels allemands et suisses. Comparons maintenant les approches des labels certifiant les batiments tres basse energie : Passivhaus et MINERGIE-P®. Les principales differences sont les suivantes : o Dans MINERGIE-P®, le surcout de construction est pris en compte, ce qui n’est pas le cas dans Passivhaus ® o Dans MINERGIE-P , on considere l’energie payee, ’est a dire l’energie finale utilisee par le batiment diminuee de l’energie produite par ses installations (exemple : panneaux solaires, geothermie…) pour inciter a avoir recours a des energies renouvelables integrees au batiment. La prise en compte des energies primaires se fait par le biais du coefficient 2 affecte a l’energie electrique achetee. On pourrait donc imaginer un batiment avec beaucoup de deperditions et beaucoup d’energie produite, mais ceci est rendu impossible par les valeurs garde-fou affectees entre autres aux coefficients de deperditions des parois.

Dans Passivhaus, on considere la consommation primaire totale de la maison ce qui est une demarche a priori plus logique quand on s’interesse a l’efficacite energetique. Cette facon de faire est d’ailleurs preconisee par le groupe de travail n°4 du PREDAC sur l’elaboration d’un label pour les constructions bioclimatiques et solaires (Poussard et al, 2002). Passivhaus ne prend pas du tout en compte les energies renouvelables. Un autre label existe pour cela en Allemagne ; c’est le label Plus Energie Haus. 2. d.

Les realisations Alors qu’en France il n’existe que quelques batiments basse energie, la Suisse (qui est 13 fois plus petite que la France) comptait deja fin 2003 4000 realisations de batiments basse energie repondant aux criteres de MINERGIE® (Lecuelle, 2005). Quant a l’Allemagne, elle comptait 4000 maisons passives (tres basse energie) repondant aux criteres de Passivhaus a la fin de l’annee 2004. 3. Batiments demonstrateurs a l’INES 3. a. Realisations experimentales L’Institut National de l’Energie Solaire a ete inaugure le 3 juillet 2006 pour combler le retard de la France dans le domaine de l’energie solaire.

Il se situe au Bourget du Lac pres de Chambery. L’INES s’articule autours de 3 poles : o Recherche, Developpement et Innovation o Demonstration, Transfert de technologies o Retour d’experiences, normalisation, information et formation C’est dans le cadre du deuxieme pole que seront construits, debut 2007, quatre batiments demonstrateurs. Comme nous venons de le voir, il existe un grand nombre de realisations de batiments a forte efficacite energetique a l’etranger et la France a un retard certain dans ce domaine. De plus, pour les batiments qui ont ete instrumentes, l’exploitation des resultats est tres difficile.

En effet, les parametres qui influent sur le comportement energetique des batiments sont nombreux. Il est rare de pouvoir comparer le comportement de deux batiments de meme geometrie, qui subissent le meme climat mais surtout dont les usagers ont le meme comportement. L’idee est donc ici de construire sur un meme site quatre maisons individuelles a fonctionnement maitrise (sans habitants), a geometrie quasiment identique et a conditions climatiques subies (et identiques). De geometrie simple, de base rectangulaire d’environ 50m? construites sur 2 niveaux, leur architecture sera concue pour optimiser les apports bioclimatiques, en particulier en ce qui concerne le solaire passif (orientation des facades vitrees, casquette…). -4- IBPSA France 2006 a La Reunion – 2&3 Novembre 2006 type de structure permettra encore de repondre aux exigence des futures reglementations thermiques. o La quatrieme realisation sera la maison tres basse energie. Elle sera construite en bois avec isolation integree renforcee. Un soin particulier sera apporte au traitement des ponts thermiques et au probleme du confort d’ete.

Pour simplifier la modelisation, ces maisons seront toutes construites sur vide sanitaire. Figure 2 : Exemple de batiment demonstrateur 3. a. i. Objectifs 3. a. iii. Resultats attendus Les objectifs sont multiples. Il s’agit tout d’abord de repondre a certaines problematiques liees aux transferts thermoaerauliques dans le batiment telle que l’optimisation du facteur inertie/isolation permettant de recuperer un maximum d’energie solaire de facon passive. On cherchera bien sur a construire une maison tres basse energie.

Elle servira, entre autres, a montrer qu’il est possible de construire, en France, une maison confortable en ete comme en hiver et ayant une consommation energetique faible. Enfin, le principal objectif est la validation de codes de calcul qui puissent permettre a l’avenir de concevoir des maisons a forte efficacite energetique sans necessiter pour autant de nouvelles constructions experimentales. 3. a. ii. Methode A l’issue de ce projet, on devra etre capable d’evaluer la pertinence d’un type de construction en regard des objectifs energetiques fixes. On devra aussi ouvoir proposer un outil de simulation capable d’analyser, avec un niveau de precision satisfaisant, le comportement d’habitations basse et tres basse energie de differentes structures. Il permettrait d’estimer, entre autres, la consommation totale annuelle d’un batiment en prenant en compte l’architecture, l’enveloppe et les systemes. 3. b. Simulation numerique des batiments Pour simuler le comportement de ces batiments et pouvoir exploiter au mieux les donnees experimentales, nous avons choisi d’utiliser le l’environnement de simulation SPARK developpe par le Lawrence Berkeley National Laboratory.

SPARK est un environnement general de simulation dans lequel on peut definir et resoudre des modeles par un solveur algebro/differentiel robuste (Sowell et al, 2001). C’est un environnement oriente objet base sur les equations. 3. b. i. SPARK Description des simulations dans Pour repondre a ces objectifs, on s’oriente vers la construction de quatre maisons qui auront les caracteristiques suivantes : o Une construction realisee en blocs de beton a isolation interieure correspondant a la realisation la plus courante sur le marche actuel de la construction.

Elle devra respecter la reglementation 2010 dont les exigences seront environ 10% en dessous de celles de la reglementation 2005 qui est entree en vigueur en septembre 2006. On peut estimer que c’est sur ce type de constructions que les industriels seront le plus amenes a tester leurs produits innovants. o On realisera ensuite une construction du meme type mais a isolation exterieure ce qui permettra de bien comprendre les avantages et les inconvenients de ce type de structure et d’en voir l’interet energetique. Pour valider les constructions les plus couramment citees lorsqu’on evoque le terme de maison solaire, on realisera egalement une maison en brique a isolation repartie qui permet d’associer inertie et isolation. Nous pourrons ainsi voir si ce L’objet de base dans SPARK est l’equation qui est mise en forme dans ce que l’on appelle une « classe atomique ». Une equation peut communiquer avec d’autre par l’intermediaire de ses variables que l’on appelle « ports ». Pour programmer dans SPARK, il suffit d’agencer ces equations les unes par rapport aux autres.

Pour cela, on se sert d’un autre type d’objet, la macro-classe, dans lequel on appelle les equations que l’on fait communiquer entre elles par leurs variables. On cree ainsi des systemes d’equations. Les objets « systemes d’equations » peuvent eux aussi communiquer avec d’autres objets par l’intermediaire de leurs variables. Ainsi, on obtient une hierarchisation d’objet, du plus simple, qui represente une equation (par exemple, equation de convexion dans un mur) au plus complique qui est un systeme complexe d’equations (par exemple la modelisation thermique complete d’un batiment) en passant par des objets -5-

IBPSA France 2006 a La Reunion – 2&3 Novembre 2006 intermediaires (comme des objets modelisant une paroi). Une fois que l’on a connecte toutes les equations par l’intermediaire de plusieurs niveaux d’objets, il suffit, dans un dernier type d’objet appele « programme », de dire quelles sont les entrees et les sorties du systeme. Cette facon de proceder permet de connecter tres facilement des modeles de differents niveaux entre eux.

On peut par exemple coupler par leurs variables un modele de panneau solaire avec un modele de plancher chauffant lui meme connecte a un modele de transferts thermo-aerauliques dans l’air d’un batiment couple avec des modeles de parois. On a ainsi un modele de batiment equipe d’un plancher solaire direct. 3. b. ii. Interet de SPARK pour la simulation des batiments demonstrateurs 3. b. ii. 1. Connectivite sont les temperatures d’air de part et d’autre du mur, les coefficients thermophysiques relatifs a la paroi, les dimensions du mur et le flux de chaleur au travers de celui-ci.

Dans un objet « programme », on appelle l’objet « systeme d’equation » qui represente le modele de transfert de chaleur en RP et ensuite, on defini les entrees et les sorties. On peut par exemple imposer les dimensions, les grandeurs thermophysiques, les temperatures d’air et en deduire le flux de chaleur. Comme tout environnement oriente objet, SPARK possede la propriete d’encapsulation des donnees, c’est a dire que les caracteristiques d’un objet sont localisees en lui meme. Ainsi, il est facile de changer de modele pour la simulation. Prenons par exemple le cas de la simulation thermo-aeraulique de l’un des batiments demonstrateur.

Il possedera un objet qui reprend un modele d’enveloppe qui lui-meme appellera un modele de paroi. Si l’on veut changer ce modele de paroi pour prendre en compte le transfert d’humidite, il suffit d’appeler dans le modele enveloppe un nouveau modele de paroi que l’on a cree et qui prend en compte le transfert d’humidite. Ainsi, en fonction de la precision requise pour les simulations des batiments demonstrateurs, on pourra choisir le modele que l’on veut utiliser et obtenir facilement de nouveaux resultats de simulation. En pratique, on partira d’une plateforme de simulation appelee SimSpark (Mora, 2003).

Cette plateforme permet de donner les caracteristiques du probleme via une interface de saisie. Puis, on peut choisir les modeles que l’on veut utiliser. Vient ensuite une phase de mediation avec SPARK qui debouche sur la resolution du probleme. On peut enfin visualiser les resultats. 3. b. ii. 2. Inversion des modeles Figure 3 : inversion des modeles dans Spark. Mais, on peut tout aussi facilement, simplement en changeant deux mots dans l’objet « programme », imposer un flux de chaleur (qui serait par exemple donne par l’experimentation) et en deduire le coefficient de conductivite (K) du mur (voir figure 3).

On voit donc bien l’interet de SPARK pour le traitement des donnees experimentales. On pourra, par exemple, se rendre compte de la defaillance d’un capteur en mettant la grandeur qu’il mesure en sortie. On pourra egalement obtenir des valeurs de grandeurs que l’on ne peut pas mesurer. 4. Conclusion Ainsi, nous pouvons dire qu’au vu de la comparaison entre les differents labels europeens traitant de l’efficacite energetique dans les batiments et au vu des realisations basses et tres basse energie, la France a un certain retard dans le domaine.

C’est, entre autres, pour faire face a ce retard que des batiments demonstrateurs a usage maitrise vont etre construit a l’Institut National de l’Energie Solaire. Pour simuler le comportement de ces batiments et exploiter les resultats experimentaux, le logiciel SPARK associe a la plateforme de simulation SimSpark pourra etre utilise et ainsi permettre d’avoir une grande liberte dans les simulations ainsi qu’un niveau de precision adaptable en fonction de ce qui est recherche Dans SPARK, les equations sont definies de facon non orientee.

Une variable du probleme n’est donc pas, a la base, une entree ou une sortie. On peut donc tres facilement passer de l’une a l’autre. Prenons par exemple le cas d’un modele de transfert de chaleur en regime permanant a travers une paroi. Les variables relatives a cette simulation -6- IBPSA France 2006 a La Reunion – 2&3 Novembre 2006 Bibliographie CSTB (2006). « Effinergie, un label basse energie a l’initiative des acteurs de terrain. » http://webzine. cstb. fr/webzine/preview. asp? id_une =402 CU (2006). « Decret n? 2006-555 du 17 mai 2006 art. 0 Journal Officiel du 18 mai 2006 en vigueur le 1er janvier 2007 », Code de l’urbanisme. R112-2. DGEMP (Direction Generale de l’Energie et des Matieres Premieres) (2006). « Lexique sur l’energie », Ministere de l’Economie, des Finances et de l’Industrie. http://www. energie. minefi. gouv. fr/energie/compren dre/lexique. htm Journal Officiel de la Republique Francaise 121: 7744. Lecuelle, P. (2005). « La basse et tres basse energie dans l’habitat neuf et renove; etat des lieux et retours d’experiences de 4 pays europeens ». Programme energievie region Alsace.

MINERGIE (2006). Site officiel de MINERGIE®. http://www. minergie. ch/ Mora, L. (2003). « Prediction des performances thermo-aerauliques des batiments par association de modeles de differents niveaux de finesse au sein d’un environnement oriente objet ». These de doctorat Passivhaus (2006). Site officiel de Passivhaus. http://www. passiv. de/ Poussard, E. et B. Peuportier (2002). « Guide for a building energy label. ». PREDAC groupe de travail n°4. SIA (1982). « L’indice de depense energetique », Societe suisse des Ingenieurs et des Architectes. 180-4: p. . Sowell, E. -F. et P. Haves (2001). « Efficient solution strategies for building energy system simulation. » Energy and Buildings 33(4): 309-317. HQE (2006). Site officiel de l’association HQE. http://www. assohqe. org/ JO (2003). « Arrete du 18 decembre relatif au contenu et aux conditions d’attribution du label « haute performance energetique ». » Journal Officiel de la Republique Francaise 302: 22822. JO (2006). « Arrete du 24 mai 2006 relatif aux caracteristiques thermiques des batiments nouveaux et des parties nouvelles des batiments. » -7-