outil daide à la conception choix des matériaux et ecobilans de parois sophie trachte architecte...
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Outil d’aide à la conception
Choix des matériaux et
Ecobilans de parois
Sophie TrachteArchitecte MAS
Assistante de recherche Architecture et Climat
Séminaire thématique en éco-construction « Outils de choix des matériaux durables »
1. Problématique2. Présentation de l’outil UCL3. Conclusions
1. IntroductionProblématique
1. IntroductionProblématique
Un développement qui répond aux besoins du présent sans compromettre la capacité des générations futures de répondre aux leurs
Impacts du secteur de la construction:
50 % du total des ressources naturelles exploitées;
45 % de la consommation totale d’énergie;
40 % des déchets produits;
30 % des émissions de gaz à effet de serre;
16 % de la consommation d’eau
1. IntroductionProblématique
Un développement qui répond aux besoins du présent sans compromettre la capacité des générations futures de répondre aux leurs
Impacts du secteur de la construction:
50 % du total des ressources naturelles exploitées;
45 % de la consommation totale d’énergie;
40 % des déchets produits;
30 % des émissions de gaz à effet de serre;
16 % de la consommation d’eau
1. IntroductionProblématique
Un développement qui répond aux besoins du présent sans compromettre la capacité des générations futures de répondre aux leurs
Impacts du secteur de la construction:
50 % du total des ressources naturelles exploitées;
45 % de la consommation totale d’énergie;
40 % des déchets produits;
30 % des émissions de gaz à effet de serre;
16 % de la consommation d’eau
Etablir un ensemble cohérent de critères
Matériau naturelCertains matériaux naturels sont rares ou peu développés. Les matériaux ne sont naturels que par le provenance.
Matériau sainUn matériau sain cesse de l’être s’il est mal mis en œuvre
ou traité avec des produits nocifs (biocides,…)
Matériau recyclableLe critère pertinent par rapport au recyclage est l’existence
effective des filières de recyclage et les impacts générés par ce recyclage.
Matériau renouvelableLes matériaux renouvelables ou des durées de
renouvellement très variables
1. IntroductionProblématique
1. IntroductionProblématique
SUR TOUTE LA DURÉE DE VIE DES MATÉRIAUX!!!!
1. Problématique2. Outil UCL3. Conclusions
2. Développement de l’outilLa maison unifamiliale et ses composants
Choix des typologies constructives et composants
2. Développement de l’outilLa maison unifamiliale et ses composants
Parois composées
2. Développement de l’outilLa maison unifamiliale et ses composants
Parois composées
2. Développement de l’outilLes critères d’évaluation
Economie des ressources énergétiques
Economie des ressources non énergétiques
Maîtrise des risque sur l’environnement
Maîtrise des risque sur la santé
Potentiel de recyclage
La consommation des ressources énergétiques
Consommation d’énergie grise
Ressources fossiles = combustibles
Ressources fossiles = matières premières
le transport, l’industrie et la production de chaud
Chaque étape de transformation, depuis la matière brute jusqu’au déchet, nécessite une apport d’énergie. Cette énergie sera alors contenue dans le produit.L’énergie grise est calculée en énergie primaire et est présentée en MJ/kg matière produite.Energie à la fabricationFacteur NREEnergie à l’élimination
Matériaux issus de la pétrochimiePlastiques, isolants, colles, additifs,…
2. Développement de l’outilLes critères d’évaluation
La consommation des ressources non énergétiques (matières premières et eau)Les matériaux consomment des matières premières et de l’eau en quantité plus ou moins importante en fonction du type de matériaux et du procédé de fabrication.
Type de ressources
Quantité utilisée
Matière issue du recyclage Matière naturelle >< synthétique Matière renouvelable >< non renouvelable Matière présente en grande quantité Matière rare ou limitée
Les quantités de matières premières utilisées sont calculées en kg Antimoine équivalent /kg matière produite.
2. Développement de l’outilLes critères d’évaluation
La pollution de l’airLes processus (extraction, fabrication,…) et les phases de transports sont des processus qui émettent des polluants atmosphériques
Effet de serre
Acidification du sol, de l’eau et de l’air
Formation d’ozone troposphérique
L’effet de serre est présenté en kg CO₂ équivalent /kg matière produite.
Le Potentiel d’Acidification (AP)est présenté en kg SO₂ équivalent /kg matière produite.
2. Développement de l’outilLes critères d’évaluation
Le Potentiel d’Ozone troposphérique (POPC) est présenté en kg C₂H₂équivalent /kg matière produite.
2. Les impacts des matériaux de constructionImpacts sur l’environnement
Modification des paysages et de la biodiversité
L’utilisation de certaines matières premières ou de certains matériaux peut avoir des conséquences dommageables sur le paysage, sur la biodiversité et les écosystèmes existants.
Production de déchets
La fabrication, la mise en œuvre et la démolition entraîne inévitablement une production de déchets.
Potentiel des filières de recyclage
Filières traditionnelles
Upcycling >< Downcycling
Mise en décharge Incinération (résidus à mettre en décharge)
Utilisation de substances nocives
Les émissions primaires des matériaux sont provoquées par les matières qui composent ceux-ci
Métaux lourds Biocides, fongicides, pesticides… Solvants hydrocarbures (toluène, benzène,…) Composés organiques volatils Retardateurs de flammes bromés
Les personnes les plus exposées à ces substances et aux émissions de ces substances sont les ouvriers impliqués dans le processus de fabrication et lors de la mise en œuvre des matériaux sur chantier.
www.inrs.fr
2. Développement de l’outilLes critères d’évaluation
Pollution de l’air
Polluants atmosphériques
C’est le système respiratoire qui est la première cible des polluants atmosphériques (primaires et secondaires) qui y pénètrent via l’air que nous respirons:•Poussières et particules• Ozone• NOx• SO₂•CO
Les effets pouvant aller d’affections temporaires à des dysfonctionnements respiratoires permanents ou maladies chroniques.
www.who.int/fr
2. Développement de l’outilLes critères d’évaluation
Pollution de l’air
Nous passons 85 % de notre temps dans un environnement « clos » dans lesquels nous sommes exposés à de multiples polluants, qu'ils soient chimiques ou physiques.Les matériaux de second-œuvre et de finition sont de plus en plus complexes et associent de nombreux composants et additifs. Les polluants émis peuvent avoir des effets négatifs sur la qualité de l’air intérieur, sur le bien-être et sur la santé (allergies, irritations des yeux et de la gorge, maux de tête, etc.). Par ailleurs, ces émissions peuvent être amplifiées par une mise en œuvre de mauvaise qualité et par le type d’ambiance ou de climat auquel nous sommes confrontés : ensoleillement, température, humidité, etc.
Pollution de l’air intérieur
Labels ou certifications:classification M1 (Finlande),Indoor Air Climate Label ICL (Danemark), GUT/EMICODE/Blue Angel/AgBB (Allemagne), protocole AFSSET (France)
2. Développement de l’outilLes critères d’évaluation
5. Développement de l’outilBase de données – récolte et compilations des données
Consommation d’énergie grise
Matériau Base de données
Indicateurs
Fabrication Elimination NRE
Laine de roche
ECOSOFT 22.7 / 22.2
KBOB 22.6 0.248 21.7
ECOINVENT 22.3 / 20.98
Energie grise consommée 22.6 0.248 21.7
Matériau Base de données
Indicateurs
Fabrication Elimination NRE
Panneau OSB
ECOSOFT 45.8 / 17.5
KBOB 36.4 0.165 13.8
ECOINVENT / / /
Energie grise consommée 36.4 0.165 13.8
Idem pour polluants atmosphériques
5. Développement de l’outilBase de données – récolte et compilations des données
Base de données
5. Développement de l’outilPréliminaires à l’évaluation
Durée d’évaluation
Une durée de 50 ans : cette durée d’utilisation a été choisie de manière délibérée, en estimant qu’une fois construite, une maison individuelle ne serait, en moyenne, pas rénovée, réaménagée, transformée avant 50 ans d’utilisation ;
Durée de vie de chaque matériau
Nombre de remplacement(s) nécessaire(s)
Nombre d’élimination
Phases étudiées
Fabrication (« du berceau à la porte »)
Remplacement
Elimination
5. Développement de l’outilPréliminaires à l’évaluation
Unité de comparaison
L’unité est le m² de paroi répondant à certains critères « techniques ».
Parois extérieures - Critère de performance thermique
Parois intérieures - Critère de performance acoustique
Type de parois Basse énergie Passif
Murs extérieurs U < 0.2 W/m²K U < 0.15 W/m²K
Toiture U < 0.2 W/m²K U < 0.15 W/m²K
Châssis/vitrage U < 1.8 W/m²K U < 0.8 W/m²K
Dalle de sol U < 0.3 W/m²K U < 0.15 W/m²K
5. Développement de l’outilPréliminaires à l’évaluation
Base de données
Comparaison de trois compositions différentes
5. Développement de l’outilEtude comparative
5. Développement de l’outilEtude comparative
Performances physiques et acoustiques
5. Développement de l’outilEtude comparative
Performances environnementales (quantitatif / fabrication)
5. Développement de l’outilEtude comparative
Performances environnementales (quantitatif / remplacement)
5. Développement de l’outilEtude comparative
Performances environnementales (quantitatif / élimination)
5. Développement de l’outilEtude comparative
Performances environnementales (quantitatif / total 3 phases)
5. Développement de l’outilEtude comparative
Critère qualitatif: gestion des ressources
5. Développement de l’outilEtude comparative
Critère qualitatif: gestion des ressources
5. Développement de l’outilEtude comparative
Critère qualitatif: traitement actuel des déchets
5. Développement de l’outilEtude comparative
Critère qualitatif: potentiel de recyclage
5. Développement de l’outilEtude comparative
Critère qualitatif: potentiel de recyclage
1. Problématique2. Outil UCL3. Conclusions
3. ConclusionsParois analysées ( parois « basse énergie »)
Murs extérieurs
Toitures
3 x 22 parois analysées
3 x 7 parois analysées
Dalles de sol3 x 4 parois analysées
Planchers d’étage3 x 6 parois analysées
Fenêtres3 x 3 ensemble châssis/vitrage analysées
Cloisons3 x 5 parois analysées
Base de données accessible à l’utilisateur
!
3. ConclusionsComparaison « isolants
Analyse comparative entre 16 isolants
A même performance thermique
3. ConclusionsComparaison « isolants
Analyse comparative entre 16 isolants
BOIS
{
3. ConclusionsComparaison « énergie grise » >< « énergie de chauffage »
Analyse comparative
4 niveaux de performances [D]:
définie par le niveau Umax des parois selon PEB, soit une demande en chauffage proche de 90 kWh/m².an
[C]: “basse énergie” soit une demande en chauffage de 38 kWh/m².an
[B]: “passivhaus” soit une demande en chauffage 15 kWh/m².an
[A]: extrêmement performant, soit une demande en chauffage 10 kWh/m².an
.
U T(m) U T(m) U T(m) U T(m)
1
↗0,4 0,08 0,2 0,174 0,11 0,33 0,08 0,46
1
↘0,4 0,093 0,2 0,2 0,11 0,375 0,08 0,52
2
↗0,4 0,055 0,2 0,175 0,11 0,33 0,08 0,465
2
↘0,4 0,06 0,2 0,185 0,11 0,36 0,08 0,51
1
↗ and 2
↗ 0,4 0,07 0,2 0,16 0,15 0,22 0,1 0,34
1
↘ and 2
↘0,4 0,05 0,2 0,11 0,15 0,16 0,1 0,238
1
↗ and 2
↗0,3 0,105 0,175 0,2 0,11 0,34 0,08 0,49
1
↘ and 2
↘0,3 0,12 0,175 0,23 0,11 0,38 0,08 0,535
AT : thickness of insulation material U : U value of w alls
facade w alls
groundfloor slab
roof
D C B
Analyse comparative
2 typologies différentes, 4 compositions
Typologie massive Ossature bois
Pour chaque typologies, deux types de compositions de parois ont été étudiées:
[↘] avec un GWP faible [↗] avec un GWP important
Typologie massive
Ossature bois
Murs extérieurs
Plancher d’étage
Cloison intérieure
3. ConclusionsComparaison « énergie grise » >< « énergie de chauffage »
Analyse comparative : énergie
3. ConclusionsComparaison « énergie grise » >< « énergie de chauffage »
massive bois
Analyse comparative : GWP
3. ConclusionsComparaison « GWP bâtiment » >< « GWP utilisation »
massive bois
Merci de votre attention
Architecture et ClimatSophie Trachte / André De Herde
http://www-climat.arch.ucl.ac.bewww.plea2011.be