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19/09/2011 CSTB | PAGE 1 Daniel QUENARD Division Matériaux - Dpt Enveloppe et Revêtements, CSTB Grenoble 04.

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1 19/09/2011 CSTB | PAGE 1 Daniel QUENARD Division Matériaux - Dpt Enveloppe et Revêtements, CSTB Grenoble Se Loger – Se déplacer Peut-on se libérer de laddiction aux énergies fossiles ? 2 ième 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

2 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 Sommaire

3 Ménages : Emissions de CO2 Logement+Transport : 84 % Source : GREEN INSIDE – IPSOS

4 Ménages : Logement Chauffage/Energie : 84 % CO 2 Source : GREEN INSIDE – IPSOS

5 Ménages : Transports Véhicule Personnel : 79% CO 2 Source : GREEN INSIDE – IPSOS

6 Le Consommateur Ignorant ou Mal Informé ? Foyer

7 Dépenses énergétiques des ménages :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 dhabitation et source dénergie utilisée pour le chauffage. Transport : éloignement des villes-centres est le facteur clé en terme de dépenses en carburant. Source :

8 Chauffage-Transport = Combustion (Chaudières /Moteurs CI) 1 : Epuisement des ressources 40 % 29 % 21 % Bâtiments + Transports ~ 70 % Consommation Finale Energie Bâtiments ~ 70 % Chauffage/ECS Chaudières : fioul-gaz-bois ( + électricité) Transports ~ 50 % VP Moteurs Combustion Interne (98% pétrole) Chiffres 2006 Uranium Hydraulique

9 Combustion 2 : Emission de GES / Climat Transport + Bâtiment : 45 % GES – en hausse

10 Combustion 3 : Emissions Polluants / Santé Source : Impact sanitaire de la pollution atmosphérique urbaine Estimation de limpact lié à lexposition chronique aux particules fines sur lespérance de vie – AFSSE – 2005 Source : ZAPA – Ministère - AirParif Ile-de-France / Airparif /Estimations 2000 Contribution en % des différents secteurs dactivités aux émissions de polluants « La pollution de lair diminue lespérance de vie de 9 mois pour chaque Français et lexposition aux particules fines causerait décès chaque année. Cest un enjeu de santé public » Nathalie KOSCIUSKO-MORIZET - décembre 2010 Particules (PM10) : B+T 60 % NOx : B+T 60 %

11 Energies de stocks Disponibles … mais qui sépuisent (Centrales/Chaudières/MCI …) Passage des Energies de stocks à des Energies de flux Energies de flux dispersés & intermittents Convertisseurs/Stockage Consommation annuelle mondiale Pétrole Gaz Uranium Charbon Hydraulique Eolienne Photosynthèse Energie solaire annuelle Ressources énergétiques totales SURFACE

12 Passage des Energies de stocks à des Energies de flux

13 Réduire les émissions de CO2 Isolation thermique, ECS, CVC, Eclairage, Véhicules … parmi les solutions les plus efficaces Source :

14 Objectifs Grenelle Notes : * électricité nécessaire pour les services qui ne peuvent être rendus que par lusage 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.

15 RT2012 – 2020 Réduction des consommations Production locale Ordres de grandeur des consommations et productions locales dénergie pour un logement RT 2012 FRANCE 5 usages RT Chauffage Ventilation Climatisation ECS Eclairage/Aux.

16 Source : ENERTECH Olivier SIDLER Consommation délectricité Eclairage/Electroménager/Multimédia

17 « MAIS un 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 : Rolf Disch - PlusEnergieHaus Freiburg … des Bâtiments à Energie Positive … mal localisés ? Source : JP Traisnel Source : CAS : Centre dAnalyse Stratégique - Commission Énergie - Avril 2007

18 Source : Lille Métropole Famille : 3 personnes m² - Gaz naturel Performance & Localisation

19 Des Bâtiments Economes & Producteurs dEnergie … mais des usagers « énergivores » RT 2020 Manque lEnergie Grise des Equipements Electrodomestiques et de la Mobilité 2 autres usages + 1 impact Conso.

20 La voiture, nouvelle charge ou nouvel équipement du bâtiment ?

21 Capteurs Thermiques Capteurs PV Ballons ECS Batteries Hybride : électro-solaire, gaz-solaire, biomasse-solaire … Production Intermittente – Consommation variable Stockage

22 Stockage 2300 kWh/an 2000 kWh/an* *Pour un VE avec une consommation de 150Wh/km parcourant km/an CESI Chauffe-eau Solaire Individuel VESI Véhicule Electrique Solaire Individuel CESI et VESI 15-20m² 3-5 m² Production Consommation Ballon l kWh Batterie Electrochimique H2PAC AppointBi-directionnel ?

23 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

24 Stockage Thermique Inertie du bâti Froid Domestique Ballons ECS … Stockage Electrique Stationnaire Mobile (VE) … Intermittence Production/Consommation Stockage (Froid/Chaud/Electricité) Apports Internes Capteurs Th/PV 3 Froid Frigo 1 Inertie Th. du Bâti 2 Chaud ECS Apports Solaires 4 Stockage Electrique Stationnaire 3-4 kWh 5 Stockage Electrique Mobile 15 – 20 kWh Mutualisation des équipements : chaud/froid ? Multifonctionnalité des équipements : stockage/mobilité ? Rafraichissement Nocturne

25 Electroménager kWh/an kWh/jour kWh/pers Ecrêtage 3 kWh/jour 150/200 Wh/km 200 km 100 km 80% < 60km Source : IFRI-IEA-Fulton VE : système de stockage mobile ? 25 kWh

26 Vers une convergence Bâtiment-Transport ?

27 Connaissance des usages Le VE, unité de stockage délectricité Stockage stationnaire Support réseau Production locale EnR Véhicule électrique – Stockage dappoint Consommation électrique Etat du réseau électrique Prévisions météorologiques PAGE 27 Connaissance des déplacements

28 Courbe de charge journalière scenario 3, journée davril PAGE 28 Etat de charge VE Etat de charge Batteries Conso Maison Prod PV Alimentation par batterie Puissance (W) SOC (%) Absence du VE Recharge batterie par PV

29 Source ; France : km² 1,5 % Sols Bâtis 8142 km² 9,4 % Zones Artificialisées 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 km² 5000 km² : 61 % Sols Bâtis 9.72 % Zones Artificialisées Production locale / Surface disponible Occupation / Utilisation des sols Europe : Surface au sol des bâtiments km² (carré de 150 km de coté). 40% des toitures et 15 % des façades : adaptées pour linstallation de panneaux PV. Rendement : 15% Production Potentielle : 1400 TWh = 40% consommation délectricité en Europe Source : European Photovoltaic Industry Association (EPIA),

30 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) 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 Potentiel Énergétique des Toitures 210 bâtiments à Zurich Un millier à Fribourg

31 Villes étalées : Consommation Transport élevée mais potentialité de production ENR élevée (PV, éolien … ) Villes denses : Consommation Transport Réduite mais potentialité de production ENR faible Villes Denses / Villes Etalées Réduction Consommation / Potentialité de production Source : CERTU – Newman & Kenworthy

32 PAGE 32 N+K : Transport « pétrole » Production ENR Source : Raphael Ménard ECEEE – kWh = 3,6 MJ Vers des Territoires à Energie Positive MJ EP/ha/an 5,4 kWh élec./m 2 /an 5,4% du territoire urbain MJ EP/ha/an 10,8 kWh élec./m 2 /an 5,4% du territoire urbain Production ENR

33 PAGE 33 N+K : Transport « pétrole » Production ENR + VE Source : Raphael Ménard ECEEE – kWh = 3,6 MJ Villes Denses / Villes Etalées Réduction Consommation / Potentialité de production

34 Autonomie : un problème ? 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 km 87 % des personnes font moins de 60 km/jour en voiture Stationnement : 4 à 8h Gare/Parking Relais

35 Source : Lille Métropole 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 larrêt … le temps de recharge est-il un problème ?

36 Source – GM-SAE Où sont les véhicules ? France : 16 Millions Maisons Individuelles 16 Millions Prises ??

37 Source – Schneider - Renault Faire le plein à larrêt et non plus sarrêter pour faire le plein 80 % du temps

38 Exemples à travers le monde

39 Habitat & Voiture à Emission Nulle SOURCE : Buildings Technology In the Vanguard of Eco-efficiency Ernst Ulrich von Weizsäcker, MP – SB05 – Tokyo OPTION TOUT ELECTRIQUE Voiture électrique Plutôt pour les déplacements urbains et péri-urbains Toiture et/ou Façades Photovoltaïque Eolien Intégré

40 Toyota Dream House Toyota : Constructeur Véhicules & Maisons La Toyota Prius Hybrid (essence –électrique) peut être utilisée pour fournir de lélectricité à la maison pendant 36 heures en cas durgence. Les capteurs photovoltaïques de la maison permettent de recharger les batteries de la voiture. OPTION HYBRIDE Maison « station-service » Voiture « cogénérateur »

41 Projet Living & Mobility Université de Lucerne-CH Echelle locale

42 Projet Living & Mobility Université de Lucerne-CH

43 SMARTGRID-SMARTHOUSE

44 Projet HONDA E_KIZUNA

45 Projet Volvo-A-HUS-Vattenfall One Tonne Life

46 Concept MFC 2020 PAGE 46

47 Projet Energie-Plus-House Berlin

48 Projet Démonstrateur Smart Grid - Village Rokkasho - Japon Smart Grid Demonstration project in Rokkasho Village – JWD – Toyota – Panasonic - Hitachi « Lintégration totale entre résidence et voiture est enfin arrivée » Senta Morioka, PDG de Toyota Home Décembre 2010

49 Projet MEREGIO - Allemagne Borne Bidirectionnelle

50 Projet SHARP - ECOHOUSE

51 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/h d'électricité, quantité d'énergie suffisante à l'alimentation d'un foyer japonais moyen pendant environ 48 heures Questions : durabilité des batteries – cycles charges/décharges

52 Mitsubishi: i-MiEV alimentation équipment électro-domestique PAGE 52 Aujourdhui : Alimentation dun téléphone ou dun ordinateur portable. Demain : Prise : 100 V Puissance : 1500 W Batterie lithium-ion : 16 kWh, Consommation dun ménage pour environ 1, 5 jour

53 PAGE 53 Quelles solutions ? GM Personal Ecosystem Le VE, un nouvel équipement du bâtiment

54 Nouveau Paradigme Echelle du Quartier / Ville / Territoire BEPOS / Micro-Réseaux Source NREL : Image originale - Dean Armstrong – Terry Penney)

55 PERFORMANCE Consommation Potentialité de Production Stockage/Mutualisation LOCALISATION Distances Travail Ecole Commerces Loisirs NUISANCES Carte Bruit Pollution … Cadastre « Synergétique »

56 Autres mutualisations possibles ?

57 PAGE 57 Mutualisation équipements domestiques Réfrigérateur/Congélateur Froid Chauffe-eau Thermodynamique Chaud

58 Climatisation et ECS ?

59 Mutualisation équipements informatiques / PC / ECS

60 Mutualisation à l échelle des bâtiments Data-Center : Nouvelles Chaufferies ? ECS/Piscine …

61 … des idées anciennes … 1912 Source : Hermes La voiture comme cogénérateur mobile La voiture, comme système de chauffage CSTB Magazine n°98, oct

62 Source : Revue 3EI n°36 mars 2004 Bernard MULTON, Gael ROBIN, Marie RUELLAN, Hamid BEN AHMED - ENS Cachan Courbe de la puissance mondiale de combustion des carburants fossiles MERCI pour votre attention..\..\..\BAT-ENERGIE-POS\AUTOnHOME\PHEV\PENNEY\Final Science Museum Class Presentation\HybridPlugin_05.exe


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