Se Loger – Se déplacer Peut-on se libérer de l’addiction aux énergies fossiles ? Daniel QUENARD Division Matériaux - Dpt Enveloppe et Revêtements, CSTB Grenoble daniel.quenard@cstb.fr 04 76 76 25 46 2ième 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 19/09/2011 CSTB |

La convergence Bâtiment-Transport Sommaire 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

Ménages : Emissions de CO2 Logement+Transport : 84 % Source : GREEN INSIDE – IPSOS - 2011

Ménages : Logement Chauffage/Energie : 84 % CO2 Source : GREEN INSIDE – IPSOS - 2011

Ménages : Transports Véhicule Personnel : 79% CO2 Source : GREEN INSIDE – IPSOS - 2011

Le Consommateur Ignorant ou Mal Informé ? Foyer Le Consommateur  Ignorant ou Mal Informé ?

Dépenses énergétiques des ménages 2006 2006 : 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 d’habitation et source d’énergie utilisée pour le chauffage. Transport : éloignement des villes-centres est le facteur clé en terme de dépenses en carburant. Source : http://www.lefigaro.fr/conso/2010/10/12/05007-20101012ARTFIG00753-energie-les-francais-depensent-2300euros-par-an.php

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

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

Combustion 3 : Emissions Polluants / Santé « La pollution de l’air diminue l’espérance de vie de 9 mois pour chaque Français et l’exposition aux particules fines causerait 40 000 décès chaque année. C’est un enjeu de santé public » Nathalie KOSCIUSKO-MORIZET - décembre 2010 Particules (PM10) : B+T 60 % NOx : B+T 60 % Ile-de-France / Airparif /Estimations 2000 Contribution en % des différents secteurs d’activités aux émissions de polluants Source : Impact sanitaire de la pollution atmosphérique urbaine Estimation de l’impact lié à l’exposition chronique aux particules fines sur l’espérance de vie – AFSSE – 2005 Source : ZAPA – Ministère - AirParif

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

Passage des Energies de stocks à des Energies de flux

Réduire les émissions de CO2 Isolation thermique, ECS, CVC, Eclairage, Véhicules … parmi les solutions les plus efficaces The potential appears mainly in transportation and building sectors. Improving the insulation of new building would lower demand for energy to heat them and thus reduce emission. Lower energy bills would more than compensate for the additional insulation costs Source : http://www.epa.gov/oar/caaac/coaltech/2007_05_mckinsey.pdf

Objectifs Grenelle Notes : * électricité nécessaire pour les services qui ne peuvent être rendus que par l’usage 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.

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

Consommation d’électricité Eclairage/Electroménager/Multimédia Source : ENERTECH Olivier SIDLER

… des Bâtiments à Energie Positive … mal localisés ? Source : JP Traisnel Source : Rolf Disch - PlusEnergieHaus Freiburg « 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 : CAS : Centre d’Analyse Stratégique - Commission Énergie - Avril 2007

Performance & Localisation Famille : 3 personnes - 100 m² - Gaz naturel Source : Lille Métropole

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

La voiture, nouvelle charge ou nouvel équipement du bâtiment ? http://www.batiactu.com/edito/une-maison-pour-mettre-l-energie-positive-a-portee-p3-23523.php

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

Chauffe-eau Solaire Individuel Véhicule Electrique Solaire Individuel CESI et VESI 15-20m² 3-5 m² Production Batterie Electrochimique H2PAC Appoint Bi-directionnel ? Stockage Ballon 300 - 500 l 15 - 20 kWh Consommation 2300 kWh/an 2000 kWh/an* CESI Chauffe-eau Solaire Individuel VESI Véhicule Electrique Solaire Individuel *Pour un VE avec une consommation de 150Wh/km parcourant 13000 km/an

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

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

VE : système de stockage mobile ? 150/200 Wh/km 80% < 60km 200 km Electroménager 3000 - 6000 kWh/an 10 - 20 kWh/jour 1000 - 2000 kWh/pers 25 kWh 100 km Ecrêtage 3 kWh/jour Source : IFRI-IEA-Fulton

Vers une convergence Bâtiment-Transport ?

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

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

Production locale / Surface disponible Occupation / Utilisation des sols France : 543 965 km² 1,5 % Sols Bâtis 8142 km² 9,4 % Zones Artificialisées 51 447 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 - 5000 km² 5000 km² : 61 % Sols Bâtis 9.72 % Zones Artificialisées Source ; http://www.stats.environnement.developpement-durable.gouv.fr/acces-thematique/territoire/occupation-des-sols-et-paysages/indicateurs-cle-occupation-des-sols.html Europe : Surface au sol des bâtiments  22 000 km² (carré de 150 km de coté). 40% des toitures et 15 % des façades : adaptées pour l’installation de panneaux PV. Rendement : 15% Production Potentielle : 1400 TWh = 40% consommation d’électricité en Europe Source : European Photovoltaic Industry Association (EPIA),   

Potentiel Énergétique des Toitures 210 bâtiments à Zurich Un millier à Fribourg 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) + 100 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 - 2011

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

Vers des Territoires à Energie Positive 1 kWh = 3,6 MJ Production ENR N+K : Transport « pétrole » Production ENR 500 000 MJ EP/ha/an 5,4 kWh élec./m2/an 5,4% du territoire urbain 1 000 000 MJ EP/ha/an 10,8 kWh élec./m2/an 5,4% du territoire urbain Source : Raphael Ménard ECEEE – 2011 PAGE 32

Villes Denses / Villes Etalées Réduction Consommation / Potentialité de production 1 kWh = 3,6 MJ N+K : Transport « pétrole » Production ENR + VE Source : Raphael Ménard ECEEE – 2011 PAGE 33

Autonomie : un problème ? Stationnement : 4 à 8h Gare/Parking Relais 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

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 l’arrêt … le temps de recharge est-il un problème ? Source : Lille Métropole

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

Faire le plein à l’arrêt et non plus s’arrêter pour faire le plein 80 % du temps Source – Schneider - Renault

Exemples à travers le monde

Habitat & Voiture à Emission Nulle OPTION TOUT ELECTRIQUE Voiture électrique Plutôt pour les déplacements urbains et péri-urbains Toiture et/ou Façades Photovoltaïque Eolien Intégré SOURCE : Buildings Technology In the Vanguard of Eco-efficiency Ernst Ulrich von Weizsäcker, MP – SB05 – Tokyo - 2005

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

Projet Living & Mobility Université de Lucerne-CH Echelle locale

Projet Living & Mobility Université de Lucerne-CH

SMARTGRID-SMARTHOUSE

Projet HONDA E_KIZUNA

Projet Volvo-A-HUS-Vattenfall One Tonne Life

Concept MFC 2020 PAGE 46

Projet Energie-Plus-House Berlin http://www.bmvbs.de/SharedDocs/DE/Artikel/B/neues-energie-plus-haus-berlin.html?nn=36210

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

Projet MEREGIO - Allemagne Borne Bidirectionnelle

Projet SHARP - ECOHOUSE

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

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

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

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

Cadastre « Synergétique » PERFORMANCE Consommation Potentialité de Production Stockage/Mutualisation LOCALISATION Distances Travail Ecole Commerces Loisirs NUISANCES Carte Bruit Pollution … Cadastre «  Synergétique » http://www.cadastre.gouv.fr/scpc/rechercherPlan.do#

Autres mutualisations possibles ?

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

Climatisation et ECS ?

Mutualisation équipements informatiques / PC / ECS

Mutualisation à l échelle des bâtiments Data-Center : Nouvelles Chaufferies ? ECS/Piscine … www.helen.fi

… des idées anciennes … La voiture comme cogénérateur mobile La voiture, comme système de chauffage CSTB Magazine n°98, oct. 1996 1912 1996 Source : Hermes

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