Se Loger – Se déplacer Peut-on se libérer de l’addiction aux énergies fossiles ? Daniel QUENARD Division Matériaux - Dpt Enveloppe et Revêtements, CSTB.

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1 Se Loger – Se déplacer Peut-on se libérer de l’addiction aux énergies fossiles ? Daniel QUENARD Division Matériaux - Dpt Enveloppe et Revêtements, CSTB Grenoble 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/ CSTB |

2 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

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

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

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

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

7 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 :

8 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

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

10 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 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

11 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

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 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 :

14 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.

15 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

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

17 … 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

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

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

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

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

22 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 l 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 km/an

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 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 ?

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

26 Vers une convergence Bâtiment-Transport ?

27 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

28 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

29 Production locale / Surface disponible Occupation / Utilisation des sols
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 Source ; Europe : Surface au sol des bâtiments  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),   

30 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) 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

31 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

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

33 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

34 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

35 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

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

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

38 Exemples à travers le monde

39 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

40 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.

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 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

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
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

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

54 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)

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

56 Autres mutualisations possibles ?

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

62 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