Rapport Technique Euro Trek

Juin 2009

Rapport technique du Projet Euro Trek« La démocratisation des énergies renouvelable à travers l'éco-construction »

Ivan BavardHugo Fallourd Charline Robbe François-Xavier Sapa Mbayang Seck Patricia Simo

Encadrants : François Deltour,Frédéric Maussang Franz Moellmann

Table des matières

Table des matièresIntroduction........................................................................................................................................................................1

1 Enjeux énergétiques........................................................................................................................................................2

1.1 Développement durable........................................................................................................................................21.2 Qu'est ce que le DPE..............................................................................................................................................21.3 Quelques exigences en Europe.............................................................................................................................5

1.3.1 Réglementations françaises..........................................................................................................................51.3.2 Exigences Suisse............................................................................................................................................71.3.3 Label Passivhaus en Allemagne..................................................................................................................81.3.4 Exigences autrichiennes................................................................................................................................9

1.4 Aides financières..................................................................................................................................................101.4.1 En France......................................................................................................................................................101.4.2 En Suisse.......................................................................................................................................................111.4.3 En Allemagne...............................................................................................................................................111.4.4 En Autriche...................................................................................................................................................11

1.5 Première étape de la construction : l'étude du terrain....................................................................................111.6 Étude de cas : construire une maison écologique en Bretagne......................................................................12

1.6.1 Climat............................................................................................................................................................121.6.2 Température et ensoleillement..................................................................................................................121.6.3 Pluie et humidité.........................................................................................................................................131.6.4 Vent................................................................................................................................................................131.6.5 Politique énergétique..................................................................................................................................13

2 Éco-construction en question......................................................................................................................................14

2.1 Technologies de l’éco-construction...................................................................................................................142.1.1 Chauffage et d’alimentation électrique....................................................................................................142.1.2 Rafraîchissement..........................................................................................................................................252.1.3 Isolation.........................................................................................................................................................252.1.4 Ventilation....................................................................................................................................................27

2.2 Matériaux de construction écologique..............................................................................................................322.2.1 Construction en bois...................................................................................................................................322.2.2 Construction avec des bottes de paille.....................................................................................................342.2.3 Construction avec la brique monomur..................................................................................................342.2.4 Construction avec du béton cellulaire.....................................................................................................35

2.3 Autres technologies.............................................................................................................................................352.3.1 Récupération d’eau de pluie......................................................................................................................352.3.2 Lagunage naturel, assainissement naturel...............................................................................................352.3.3 Le Double/Triple vitrage............................................................................................................................36

3 Domotique.....................................................................................................................................................................39

3.1 Généralités.............................................................................................................................................................393.2 Appareils domotiques.........................................................................................................................................40

3.2.1 Éclairage........................................................................................................................................................413.2.2 Chauffage......................................................................................................................................................423.2.3 Ventilation....................................................................................................................................................43

Table des matières

3.2.4 Interface utilisateur.....................................................................................................................................433.2.5 Sécurité..........................................................................................................................................................443.2.6 Lien entre réseau informatique et réseau domotique............................................................................453.2.7 Structure........................................................................................................................................................45

3.3 Protocole EIB/KNX..............................................................................................................................................463.3.1 Câble bus......................................................................................................................................................473.3.2 Système électrique.......................................................................................................................................493.3.3 Transmission par radio-fréquences..........................................................................................................52

Conclusion........................................................................................................................................................................54

A Glossaire .......................................................................................................................................................................55B Bibliographie.................................................................................................................................................................57C Index des retours sur notre Trek...............................................................................................................................58D Index des Illustrations.................................................................................................................................................59

Introduction 1

Introduction

Apparaissant aujourd’hui comme une nécessité, le développement durable est au cœur de tous les débats ; que ce soit d’un point de vue économique, social ou bien évidemment environnemental. C’est pourquoi, il nous est indispensable, en vue de nos futures carrières d’ingénieurs d’en tenir compte et surtout d’en avoir une excellente connaissance. C’est dans cette mesure que le projet Trek Telecom initié par Telecom Bretagne prend tout son sens.

Innovant par les initiatives qu’il demande aux étudiants, le Trek Telecom propose aux élèves-ingénieurs de Telecom Bretagne de former des équipes de six étudiants en première et deuxième année afin d’aller à la rencontre de professionnels à travers l’Europe dans le but de répondre à une problématique préalablement déterminée portant sur le thème du développement durable. Un tel projet demande un fort investissement, que ce soit de la part des étudiants concernés, ou des encadrants qui les aident dans leurs démarches.

Ainsi, parmi l’ensemble des sujets inhérents au développement durable l’un a retenu notre attention : l’éco-construction. En effet, ce thème était pour nous un excellent moyen de côtoyer les aspects économiques (le journal économique Les Échos1 a même cité l’éco-construction comme l’un des vecteurs capables de relancer l’économie), sociaux (en choisissant de nous intéresser à la démocratisation de ce type d’habitations) et environnementaux (en divisant parfois par dix la consommation énergétique d’un foyer) propres au développement durable. Par ailleurs, les télécommunications n’étaient pas en reste puisque de plus en plus, maisons à basse consommation en énergie et domotique (qui sera développée par la suite) sont liées.

Ce rapport technique présente le fruit de nos recherches et s'articule autour de trois parties distinctes. Dans la première, nous présentons une vision globale de la gestion des énergies et des enjeux qui sont concernés. Dans la seconde, nous revenons en détail l'éco-construction. La troisième partie présente un aspect souvent peu connu de l'éco-construction : la domotique.

Dans l'ensemble de ce rapport, nous nous sommes efforcé de faire partagée l'expérience que nous avons vécu lors de notre voyage. Ainsi, les encadrés noir intitulés « Retour sur notre Trek » présente des illustrations des différentes techniques. Par ce que nous avons pu observer lors de notre Trek.

1 Les Échos, édition du 3 avril 2009

Enjeux énergétiques 2

1 Enjeux énergétiques1.1 Développement durable

Le développement durable est devenu en quelques années une préoccupation dans de nombreux domaines d'activité. Et pour cause. Le Groupe Intergouvernemental d'Experts sur l'évolution du Climat (GIEC) dévoile dans ses derniers rapports que l'émission de gaz à effet de serre est la cause du réchauffement climatique. Le GIEC prévoit d'ailleurs des changements « soudains et irréversibles » sur l'environnement si le rythme d'émission reste inchangé. L'objectif est donc de réduire par deux les émissions d'ici 2050.

Or se pose un nouveau problème : étant donnée la croissance rapide de certains pays en voie de développement, réduire par deux les émissions de gaz signifie réduire par quatre celles des pays développés. Les pays de l'Union Européenne se sont mis d'accord en 2007 pour réduire de 20% les émissions de dioxyde de carbone, produire 20% de l'énergie à l'aide de techniques renouvelables et réduire de 20% la consommation d'énergie.

Le Programme des Nations Unies pour l'environnement a publié le rapport « Bâtiments et Changement Climatique : État des lieux, Enjeux et Opportunités » en 2007 dans lequel il est démontré que le changement de mode de vie, la mise en place de règles au niveau gouvernemental et la gestion de l'énergie dans les bâtiments (qui représentent d'ailleurs 40% de la consommation d'énergie en Europe) peuvent considérablement aider à la lutte contre les émissions néfastes. Si l'on suit ces recommandations, il prévoit en 2010 que la quantité de dioxyde de carbone émise par an diminuerait de 45 millions de tonnes.

La directive européenne de l'habitat du 16 décembre 2002 présente la nouvelle politique énergétique du bâtiment. Il y est question d'un procédé commun de calcul de la performance énergétique, de normes minimales et de certifications pour les bâtiments neufs et existants, et de l'obligation d'une vérification périodique des systèmes de chauffage et de climatisation. De plus en France, la loi du 9 décembre 2004 de simplification du droit ajoute l'obligation d'un diagnostic de performance énergétique (DPE) à la construction, à la vente et à la location.

1.2 Qu'est ce que le DPECe document informe sur la performance énergétique d'un bien immobilier. Il donne 4

informations principales :

– le descriptif des caractéristiques des équipements thermiques ;

– une estimation de la consommation annuelle d'énergie avec le classement du bâtiment selon « l'étiquette énergie » ;

– la quantité de dioxyde de carbone émise avec le classement du bâtiment selon « l'étiquette climat » ;

– des propositions d'amélioration pour une meilleure gestion de l'énergie.


Selon l'ADEME, la consommation moyenne actuelle de 400kWh/m²/an doit atteindre la valeur de 100kWh/m²/an en 2050, pour l'ensemble du parc, pour satisfaire les nouvelles exigences.

La priorité est donc la réduction de nos besoins en énergie et l'utilisation de ressources renouvelables.

1.2.1 Importance de l'analyse du cycle de vieLors de toute nouvelle construction ou rénovation, il est important d'évaluer l'impact

environnemental de la fabrication des solutions retenues, que se soit les matériaux utilisés ou les installations techniques. En effet, lors de la construction de panneaux solaires ou la production de béton cellulaire par exemple, une certaine quantité d'énergie est nécessaire. Cette énergie s'appelle l'énergie grise et elle représente bien souvent une part non négligeable de l'énergie dépensée par le système tout au long de son cycle de vie.

Pour apporter des informations concrètes sur la quantité d'énergie fossile utilisée et la quantité de dioxyde de carbone émise effectivement par chaque procédé, des plateformes de calculs sont disponibles. Elles permettent de déterminer de manière précise l'impact environnemental des différentes phases d'un produit : sa fabrication, son utilisation et sa destruction.

Eco-Bau, plate-forme commune des offices et services de construction de la Suisse, fournit des analyses des coûts énergétiques et écologiques de différentes solutions techniques présentent dans un riche catalogue.

Par exemple, voici les chiffres fournis pour une paroi intérieure avec béton cellulaire et crépie :

– l'illustration 10 indique la quantité d'énergie grise nécessaire tout au long du cycle de vie ;

– l'illustration 11 indique la quantité de dioxyde de carbone libérée dans l'atmosphère tout au long du cycle de vie (en jaune la fabrication, en orange l'utilisation, en rouge la destruction).

On comprend donc les enjeux énergétiques de chaque solution, et l'importance de l'étude énergétique et écologique du cycle de vie puisque, comme le montre cet exemple, la fabrication représente 97% des émissions de dioxyde de carbone et 94% de l'énergie grise.

Illustration 2: Les classes énergétiques (consommation)

Illustration 1: Les classes énergétiques (émmission)


Illustration 3: Énergie grise (source : http://www.eco-bau.ch/)

Illustration 4: Dioxyde dégagé (source : http://www.eco-bau.ch/)

http://www.eco-bau.ch/index.cfm?&js=1

http://www.eco-bau.ch/index.cfm?&js=1


1.3 Quelques exigences en Europe [1]

1.3.1 Réglementations françaisesLa France a mis en place ses propres normes pour la performance énergétique des bâtiments

qu'elle ne cesse de renforcer au cours des années. Aujourd'hui, il existe 5 types de normes.

1.3.1.a Label Haute Qualité Environnementale (HQE)Ce label date de 1996 et est né d'une démarche visant à construire un bâtiment qui doit limiter

son impact sur l'environnement et ses habitants tout au long de son cycle de vie. Il impose 14 thèmes de réflexions tels qu'une relation du bâtiment avec son environnement immédiat, des chantiers à faibles nuisances et la gestion de l'eau, des déchets et de l'énergie.

1.3.1.b Réglementation thermique (RT 2005)Créée en mai 2006, elle s'applique pour les bâtiments neufs et vise à une réduction de la

consommation de chauffage pour arriver à la valeur maximale d'environ 85kWh/m²/an. En réalité cette valeur maximale dépend de la zone géographique et climatique.

De plus la RT 2005 prend en compte les énergies renouvelables en les intégrant dans les calculs de référence. Pour l'énergie solaire par exemple, la norme stipule qu'une maison individuelle doit être équipée de 2m2 de capteurs solaires, et un logement collectif de 1m2. Sinon, le bâtiment doit économiser l'équivalent en énergie d'une autre manière (meilleure isolation, systèmes de ventilation plus performants...).

Les bâtiments qui ont été construits avant 1975 (date de la première réglementation thermique) représentent 63% des bâtiments français. Une réglementation thermique pour les bâtiments existants a donc été mise en place (un an après la RT 2005). Elle s'applique aux bâtiments de plus de 1000m2 et impose une étude de faisabilité technique et économique des diverses solutions énergétiques pour rénover de manière optimale. L'arrêté du 3 mai 2007 décrit l'ensemble des exigences de la rénovation. De plus un certain nombre de seuils de consommation d'énergie doivent être atteint, tous fixés par l'arrêté du 13 juin 2008.

1.3.1.c Label Haute Performance énergétique (HPE)Il impose une consommation d'énergie inférieure d'au moins 10% par rapport à la valeur

donnée par la RT 2005 selon la zone climatique. A ce label, s'ajoute le label HPE EnR2005 pour les bâtiments utilisant au moins 60% d'énergie renouvelables pour le chauffage ou 50% si cette énergie provient de la biomasse.

1.3.1.d Label Très Haute Performance énergétique (THPE)Il définit une consommation d'énergie inférieure d'au moins 20% par rapport à la valeur donnée

par la RT 2005 selon la zone climatique. Ce label bénéficie lui aussi d'une exigence supplémentaire qui porte le nom de label THPE EnR2005 : une consommation d'énergie inférieure de 30% par rapport à la valeur de référence (RT 2005) ainsi que l'utilisation d'énergies renouvelables.

1.3.1.e Label Bâtiment Basse Consommation (BBC)Il décrit les exigences de l'association Effinergie et concerne les logements neufs qui

consomment un maximum de 50kWh/m2/an ajusté d'un facteur dépendant de l'altitude et de la zone climatique. Les autres bâtiments qui en bénéficient doivent satisfaire une consommation inférieure de 50%


par rapport à la valeur de référence de la RT 2005.

Consommation kWh/m2/an

RT 2005 HPE THPE BBC

Electricité 181 163 151 65

Gaz 98 89 79 65

Tableau 1: Comparatif des différents labels appliqué à la ville de Paris

1.3.2 Exigences SuisseL'association suisse Minergie a pour objectif la diminution de la consommation énergétique des

bâtiments grâce à une meilleure gestion de l'énergie et à l'utilisation des énergies renouvelables. De plus elle vise à minimiser le surinvestissement de la démarche à 10% au maximum et propose un suivi des consommations ainsi que des aides à la gestion énergétique pendant les trois années qui suivent la rénovation ou la construction.Il est à noter qu'il existe une plus-value d'environ 11% pour la revente d'un bâtiment labellisé Minergie.L'association propose plusieurs standards de construction certifiés par des labels.

1.3.2.a Label MinergieCe label de haute qualité s'appuie à la fois sur le confort et la performance énergétique d'un

bâtiment, qu'il soit neuf ou rénové. Il correspond au label BBC français et se base sur la norme suisse SIA 380/1. Il implique une consommation maximale de 38kWh/m2/an pour une construction neuve et de 60kWh/m2/an pour une rénovation.Un bâtiment labellisé Minergie correspond à la classe A de l'étiquette énergétique.

1.3.2.b Label Minergie-PCe label est basé sur un développement technologique, aussi bien en ce qui concerne le gros

oeuvre que les installations techniques. Il repose sur plusieurs critères : – une puissance thermique nécessaire inférieure à 10W/m2/an ;

Illustration 5: Exigences énergétiques


– des besoins en chaleur pour le chauffage inférieurs de 20 % par rapport à la norme SIA 380/1 ;– des dépenses énergétiques inférieures à 30kWh/m2/an ;– un taux de renouvellement de l'air, pour une différence de pression de 50 Pa entre l'intérieur et

l'extérieur, qui doit être de 0,6/h maximum ;– des appareils ménagers de catégorie A et A+ pour les réfrigérateurs.

1.3.2.c Label Minergie-ECOUn standard de construction tel que Minergie ou Minergie-P constitue la base d'un bâtiment

Minergie-ECO. Ce label certifie des qualités supplémentaires : une construction saine et écologique.Les critères de santé sont la lumière, le bruit et l'air intérieur (à la fois la température et la qualité) :

– la lumière du jour doit être favorisée le plus possible ;– le bruit doit être maîtrisé pour empêcher la réduction des capacités physiques et mentales des

habitants ;– la qualité de l'air intérieur peut-être obtenue par la réduction des émissions de polluants dues aux

matériaux de l'enveloppe . En ce qui concerne les critères écologiques, il en existe 2 types principaux :

– les matériaux doivent être trouvés localement et leur fabrication ne doit consommer qu'une quantité minimale d'énergie grise (énergie nécessaire à la construction et à la fabrication des matériaux) ;

– valoriser les matériaux issus de la déconstruction et recycler au maximum les déchets de construction.

1.3.3 Label Passivhaus en AllemagneCe label a été lancé à la fin des années 1980 par le directeur du Passivhaus Institut. La

consommation d'énergie pour le chauffage ne doit pas dépasser les 15kWh/m2/an et la consommation d'énergie primaire doit être inférieure à 120kWh/m2/an. Comme pour le label Minergie-P, il impose un taux de renouvellement de l'air maximal de 0,6 par heure pour une différence de pression de 50Pa. L'institut propose de plus des conseils de construction pour obtenir une maison passive tels que l'utilisation d'une isolation très performante et d'une ventilation double-flux efficace.Le label n'est attribué qu'à des constructions dont les calculs ont été déterminés par les outils de l'institut et dont la qualité de l'air a été vérifiée par le test Blower Door (ce système, monté à la place de la porte d'entrée, créé dans le logement une dépression de 50Pa et mesure la variation de pression intérieure pendant plusieurs heures déterminant ainsi l'étanchéité à l'air). Les bâtiments Passivhaus permettent de faire des économies d'énergie jusqu'à 90% par rapport à un bâtiment classique.

Retour 1 sur notre Trek : Zürich (Suisse), le 16 avril

Exemple de label : les labels Minergie

Nous avons pu nous rendre dans les locaux de Minergie-ECO le 16 avril, où nous avons été accueillis par M. Severin Lenel et Mme. Birgit Krumsdorf respectivement directeur et responsable de l'agence à Zürich. Nous y avons découvert la philosophie de la compagnie et la manière dont étaient attribués les différents labels. Cette visite nous a permis de comprendre pourquoi les aspects techniques, sociaux, économiques et écologiques sont intégrés dans les projets.


1.3.4 Exigences autrichiennes

1.3.4.a Performances en AutricheEn novembre 2008, l'Institut de l'énergie du Vorarlberg et l'Institut Autrichien pour la Biologie

et l'Écologie de la Construction ont créé le Baubook, une plateforme internet qui permet de fournir des informations sur les méthodes de réalisation de bâtiments à la fois écologiques et efficaces en énergie. Le Baubook propose notamment un répertoire complet de critères écologiques et énergétiques. Ce répertoire propose 49 mesures qui peuvent être mises en œuvre afin d'obtenir des subventions et qui contribuent à indiquer et valoriser les performances énergétiques et écologiques du bâtiment. Chacune des mesures rapporte des éco-points (il y en a 327 en tout) et elles se répartissent selon 5 grandes familles :

– la conception du site : le confort, la fonctionnalité, la consommation d'espace et de sol ;– l'énergie : les besoins énergétiques pour le chauffage ;– les installations techniques : alimentation en énergie, distribution de chaleur, eau, énergie électrique ;– le choix des matériaux : leur évaluation écologique, leur durée de vie, leur entretien– l'espace intérieur : est-il émissif ?

Le total des points récoltés permet de chiffrer la qualité écologique du bâtiment et correspond à un certain niveau de performances. Il existe 5 niveaux en tout, le cinquième étant le plus performant et est accordé pour un minimum de 200 points sur les 327 possibles.

1.3.4.b Descriptif des niveaux écologiques

Neuf Rénovation

Points kWh/m²/an2 Points kWh/m²/an

Niveau 1 100 45 100 70

Niveau 2 125 45 125 60

Niveau 3 150 41 150 50

Niveau 4 175 20 175 40

Niveau 5200 10

0 0200 15

Tableau 2: Les niveaux écologiques de l'Institut de l'énergie du Vorarlberg

2. Il faut toutefois faire attention à ne pas comparer directement les kWh des différents labels européens, chacun ayant ces propres méthodes de calcul.

Retour 2 sur notre Trek : Francfort (Allemagne), le 18 avril

Exemple de label : le label PassivHaus allemand

Samedi 18 avril, après avoir pris connaissance des différents organismes et entreprises présents au salon international PassivHaus de Francfort, nous avons eu la chance de pouvoir nous entretenir quelques heures avec Susanne Theumer, chercheuse (architecte de formation) pour le PassivHaus Institut de Darmstadt (à quelques kilomètres à peine de Francfort), institution fondamentale au sein du monde de l’éco-construction.Nous avons donc pu évoquer les démarches qui sont entreprises afin de favoriser la démocratisation de l’éco-construction et obtenir plus d'informations sur le label et sa signification.


1.4 Aides financières [2]

1.4.1 En France– Les crédits d'impôts : la loi de finances pour 2005 a créé un crédit d'impôt dédié au développement

durable et aux énergies. Les dépenses nécessaires à certains équipements qui améliorent la performance énergétique sont donc déduits des impôts avec un taux qui varie entre 15% et 50% en fonction des équipements ;

– Le livret de développement durable : accessible depuis le premier janvier 2007, il permet de collecter plus d'épargne pour financer plus de prêts auprès des particuliers ;

– Les prêts bancaires : les banques proposent des prêts spécifiques pour le développement de solutions qui permettent de maîtriser l'énergie. L'ADEME a mis en place un tableau comparatif de ces différents prêts. De plus, certaines régions, en partenariat avec certaines banques, proposent d'autres prêts spécifiques à la zone géographique ;

– Taux de la TVA : pour des travaux de construction écologique achevés depuis plus de 2 ans, la TVA est réduite à 5,5% jusqu'en 2010 ;

– Subventions des collectivités territoriales : Conseils Régionaux, Conseils Généraux et Commune ont mis en place des aides pour permettre le développement des énergies renouvelables. Le détail de l'ensemble des aides est fournit par le Comité de Liaison Energies Renouvelables ;

– Les aides de l'Agence Nationale de l'Amélioration de l'Habitat.

1.4.2 En Suisse– Soutien des cantons : les cantons offrent des aides financières pour les installations qui utilisent et

produisent les énergies renouvelables et pour les bâtiments dont la performance énergétique remplit un certain nombre de critères ;

– Les bâtiments labellisés Minergie bénéficient de prêts spécifiques appelés « Ecocrédit » ou « Prêt environnemental ».

1.4.3 En Allemagne– Aides financières appelées « Eco-supplement » pour toutes constructions ou rénovation ayant pour

objectif la performance énergétique ;– le programme de promotion de la maison passive de la Kreditanstalt für Wiederaufbau pour

promouvoir les rénovations écologiques.

1.4.4 En AutricheChaque niveau de performance des bâtiments correspond à des subventions particulières

Retour 3 sur notre Trek : Dornbirn (Autriche), le 8 avril

Exemple de gestion d'énergie : Le Vorarlberg en Autriche

La visite de l'institut de l'énergie le 9 avril, fût notre première visite en Autriche. Nous y avons appris les objectifs de cet institut créé en 1985 et notamment sa volonté d'assurer une utilisation réfléchie de l'énergie dans beaucoup de domaines comme celui de l'éco-construction. En faisant le lien entre les entreprises et les particuliers il permet de venir en aide à tout type de construction écologique.Cet institut est situé dans le Vorarlberg, région modèle en terme d'éco-construction, où nous avons pu observer de nombreuses maisons écologiques dont l'architecture nous a rappelé celles rencontrées en France et en Suisse.


accordées par l'institut, qui permettent de soutenir la construction de propriétés, de facilité l'acquisition d'une maison moderne et saine pour tous, et de contrôler le développement de la construction de logements dans le Vorarlberg. Les subventions pour le neuf et pour la rénovation diffèrent en fonction des catégories « maison individuelle », « maison mitoyenne » et « maison collective » et en fonction des niveaux de performance.

1.5 Première étape de la construction : l'étude du terrainAvant d'entreprendre toute construction durable, il est très important d'étudier de manière

précise l'emplacement de la future maison. En effet, la construction sert de base pour tous les systèmes choisis pour la gestion de l'énergie et du confort. Il est donc nécessaire d'avoir une enveloppe de qualité et un environnement maîtrisé pour être sûr d'exploiter au mieux les solutions choisies.La construction durable est basée sur différents critères qu'il convient de préciser pour justifier de manière plus précise l'étude du terrain. Ces critères sont :

– une bonne utilisation des surfaces et volumes pour économiser de l’énergie et des matériaux ;– la quantité d’énergie grise nécessaire et l'impact environnemental de la construction ;– le terrain : l'utilisation du sol, la préservation des paysages/écosystèmes, la gestion de l’eau, tirer

avantage des transports en commun et des commerces à proximité ;– les ressources : le choix des matériaux, réduire les besoins en énergie ;– la qualité à l’utilisation ;– le maintien de la valeur : la pérennité des matériaux et de l'enveloppe, la flexibilité de la construction

pour une future extension, la performance énergétique.

On remarque ainsi l'importance du terrain et de la phase de construction dans l'établissement de solutions durables optimales.L'étude du terrain se base alors sur différentes recherches :

– l'étude du climat : latitude, ensoleillement, orientation, intensité de la puissance d'ensoleillement disponible, fraction d'insolation, micro-climat, évolution annuelle des températures, sens du vent, facteurs de pollution atmosphérique possible, pluviométrie ;

– l'étude du sol : topographie, relief, nature du sol ;– l'analyse des ressources en eau : sens des écoulements, présence de nappes phréatique, de cours

d’eau ;– la recherche de matériaux locaux et techniques de construction locales : dans le but de limiter la

quantité d'énergie grise nécessaire à la construction (qui comme nous l'avons vu représente près de 90% de l'énergie dépensé par les matériaux tout au long de leur cycle de vie) ;

– la prise d'information sur la présence d’infrastructure publique ;– l'étude des politiques énergétiques locales ;– la recherche d'information sur les aides financières propres à la commune et à la région .

Le choix d'habiter dans une maison à caractère durable, qu'elle soit passive, bioclimatique ou HQE, implique donc le choix d'un mode de vie durable où les ressources présentent sur place, qu'il s'agisse du soleil, du vent, des transports en commun, des raccordements publics...sont mises à profit.Même s'il existe certaines similitudes entre les normes des différents pays européens (le label Minergie proche du label BBC par exemple), notamment en ce qui concerne les critères d'exigence, on remarque l'avance de l'Allemagne, de l'Autriche et de la Suisse par rapport à la France. En effet, les exigences évoluent dans chaque pays, en fonction des préoccupations et des changement de mentalités. Cependant, du fait de son retard, la France ne peut encore exiger certains paramètres comme celui d'une construction saine, présent dans le label Minergie-ECO.

Cependant l'ensemble des pays européens cherchent à sensibiliser les futurs constructeurs par des avantages financiers similaires.

La première phase de la construction écologique, à savoir le respect des critères de performance énergétique,


est donc mise en place partout.

En revanche, il reste encore du travail à fournir, et notamment pour la France, pour la sensibilisation des moeurs et la prise en compte de critères de vie.

1.6 Étude de cas : construire une maison écologique en Bretagne

1.6.1 ClimatLe climat de la Bretagne est un climat océanique caractérisé par des étés doux et des hivers pluvieux et

doux.

1.6.2 Température et ensoleillementOn n’observe pas d’écart de température important : la température moyenne annuelle est comprise

entre 10° et 12°, celle des minima entre 6° et 9°, et celle des maxima entre 14° et 16°. Il ne gèle que 35 à 40 jours par an. La proportion de ciel occupée par les nuages varie très fortement en une journée. La durée d’ensoleillement annuelle est de 1800 à 2000 heures.

1.6.3 Pluie et humiditéLes précipitations sont fréquentes et réparties sur toute l’année. Le taux d’humidité est relativement élevé mais il fluctue durant une saison, voire durant une même journée : le matin : 90 à 95% et l'après-midi 60 à 70 %, (voire 50 % en été).

Les fortes précipitations sont rares, ce qui domine se sont les pluies courtes qui ne remplissent pas beaucoup le pluviomètre mais qui suffisent à saturer l’air.

Quantité de pluies qui tombe en moyenne :

– 5 mm : 50 à 75 fois par an ;

– 15 mm et plus : 6 fois à Rennes, 8 fois à Brest.

1.6.4 VentRépartition des vents :

– ouest, sud-ouest : 30 à 35 % ;

Retour 4 sur notre Trek : Paris, le 4 avril

Exemple de bureau d'architecte écologique

C'est durant notre rendez-vous avec Atelier-D, bureau d'architectes spécialisés dans le développement durable situé à Paris, que nous avons compris l'enjeu de la phase préparatoire de la construction écologique. L'analyse de l'environnement amène à des choix qui sont différents d'un site à l'autre. En nous présentant plusieurs de leurs projets ainsi que des simulations de consommation et des déperditions, les architectes nous ont fait découvrir des exemples concrets d'efficacité.


– nord-est : 20 à 23 % ;

– nord-ouest : 19 % ;

– sud-est : 12 %.

Forces des vents :

– 58 km/h (force 7) : 76 jours par an à Brest, 32 jours à Rennes ;

– 100 km/h : 12 à 15 jours par an à Brest, 2 à 3 jours à Rennes.

1.6.5 Politique énergétiqueLa région de la Bretagne mène une politique énergétique avec l’Ademe et l’Etat. En effet, en

juillet 2007, elle a adopté un plan énergie pour la Bretagne dans lequel elle a fixé quatre grands objectifs :

– réduire de 20 % les émissions de gaz à effet de serre d'ici 2020 par une maîtrise croissante de la demande en énergie, et la diviser par 4 en 2050 ;

– développer la production régionale issue des énergies renouvelables (éolien, solaire thermique et photovoltaïque, valorisation du bois énergie pour la production de chaleur, valorisation énergétique des productions agricoles, énergies marines et hydrauliques) pour contribuer à la diminution des gaz à effet de serre ;

– garantir l'approvisionnement énergétique de la Bretagne ;

– suivre et anticiper l'évolution de la situation énergétique et évaluer l'impact des politiques publiques.

Éco-construction en question 13

2 Éco-construction en questionAu cours des premières semaines de notre projet, une problématique s'est dégagée : « La

démocratisation des énergies renouvelables à travers l'éco-construction ». Avant, pendant et après notre voyage, nous avons donc étudié différents aspects de l'éco-construction. Les différents acteurs de l'éco-construction que nous avons rencontré nous ont apporté plusieurs visions sur le développement durable, et plusieurs approche de la question de l'éco-construction. Les différentes technologies que nous avons rencontré durant notre projet sont répertoriés dans cette partie dédiée à l'éco-construction.

2.1 Technologies de l’éco-construction

2.1.1 Chauffage et d’alimentation électriqueLe chauffage est un facteur très important à prendre en considération dans un projet de

construction. Il contribue au confort et au bien-être des occupants d’un bâtiment. Ainsi il est important de choisir avec soin le système de chauffage qui serait adapté à sa maison. Dans le domaine de l’éco-construction, il existe plusieurs solutions permettant non seulement de vivre dans le confort et dans le respect de l’environnement mais aussi de faire des économies.

2.1.1.a Chauffage bioclimatiqueChauffer sa maison de façon bioclimatique consiste tout simplement à construire sa maison en y

intégrant des solutions qui permettront d’exploiter au maximum l'énergie solaire disponible. Il s’agira donc de jouer sur l’orientation des pièces de la maison, sa compacité ainsi que d’autres paramètres.

2.1.1.b Chauffage au bois [3]Utiliser le bois pour chauffer sa maison est une solution économique d’une part parce que le

prix moyen du stère sur le marché français est compris entre 30 et 50 euros et d’autre part, dans certaines régions, il est très facile de s’approvisionner soi-même de façon gratuite en allant chercher du bois dans une forêt. D’après la comparaison des différents combustibles de chauffage en fonction du coût d’un Kilowatt heure d’énergie produite ci-dessous, on remarque qu’effectivement le bois reste une solution économique par rapport à l’électricité, le fioul ou encore le charbon.

Illustration 6: Comparaison des différents combustibles de chauffage


De plus, l’utilisation du bois est écologique car au cours de sa combustion, le bois libère la même quantité de CO2 qu’il aurait dégagée lors de sa décomposition naturelle. Or, cette quantité de CO2 correspond à celle que l’arbre a absorbé durant sa croissance pour réaliser sa photosynthèse. Ainsi, on pourrait en conclure que théoriquement, le bilan sur le CO2 produit est neutre. [ADEME].

2.1.1.c Chauffage avec capteur solaire thermique [4]Le capteur solaire thermique est une technologie qui offre plusieurs applications dans le monde

de l’éco-construction. Il est peut être utilisé dans un bâtiment pour le chauffage à la fois de l’eau et des différentes pièces mais aussi pour le chauffage de la piscine ou encore pour la climatisation solaire.

La fonction principale de ce dispositif est de capter l’énergie solaire et de la transformer en chaleur. Ensuite, un fluide, appelé fluide caloporteur, transporte cette chaleur. Ce fluide s’échauffe lorsqu’il circule dans un absorbeur qui est placé sous un vitrage afin de réduire au maximum les pertes de chaleur avec l’extérieur.

On distingue deux types de capteurs solaires thermiques :

– lorsque le fluide caloporteur transporte la chaleur dans un serpentin situé sous une vitre, on parle de capteur plan. Il est à moindre coût avec un bon rendement en été.

– lorsque le fluide caloporteur passe par un double tube sous vide, on parle de collecteur à tube sous vide. Le vide est un isolant parfait et permet donc de limiter au maximum les pertes de chaleur en protégeant l’absorbeur de la température thermique. Il fournit un rendement meilleur en été qu’en hiver mais reste onéreux par rapport au capteur plan.

On évalue l’efficacité d’un capteur solaire thermique en calculant son rendement. Pour ce faire, deux paramètres principaux sont utilisés pour calculer la productivité thermique théorique d’un capteur : le coefficient B, qui permet de mesurer le rendement optique du capteur et le coefficient K (équivalent au coefficient de transmission surfacique), qui permet de mesurer les déperditions thermiques du capteur. Ainsi, afin d’assurer un très bon rendement du capteur, il faut s’assurer d’avoir un coefficient K faible et un coefficient B faible.

Le rendement d’un capteur = B - PTTk EXT )( −

Illustration 7: Capteurs thermiques installés sur une maison à ossature en bois


Où T (°C) : est la température moyenne du fluide dans le capteur, EXTT (°C) est la température ambiante du milieu extérieur et P (en Watts) caractérise le rayonnement solaire par mètre carré.

Dans l’optique d’augmenter le rendement des capteurs solaires thermiques, plusieurs techniques sont utilisées comme par exemple le traitement des absorbeurs au chrome ce qui permet de réduire le rayonnement car les absorbeurs se comportent ainsi comme des corps noirs ou encore des vitres traités afin de favoriser le réchauffement du fluide utilisé. En 2008 en France, le rendement des capteurs solaires thermiques peut aller jusqu’à 80 %.

2.1.1.d Chauffage par géothermieLa géothermie, d'une manière générale, consiste à récupérer l'énergie calorifique du sol. En été,

l'air est plus chaud que le sol qui garde une température quasi constante pendant toute l'année et inversement pour l'hiver. Ainsi, on peut récupérer cette énergie en faisant passer de l'eau mélangée à du glycol (qui sert d'antigel) dans des tubes de PVC ou polyéthylène ou encore de cuivre gainés de polyéthylène. Ces tubes contenant le fluide caloporteur, enfouis dans le sol à une certaine profondeur, récupèrent l'énergie calorifique du sol et un système de pompe à chaleur crée un cycle thermique en circuit fermé comme le montre le schéma ci-dessous. Dans le cas d'un système géothermique vertical, le liquide froid redescend en profondeur et capte l'énergie calorifique. Elle remonte ensuite après avoir capturée l'énergie du sol grâce à la pompe à chaleur ce qui permet de chauffer la maison.

La géothermie peut être installée de façons différentes en fonction de sa situation géographique et de la structure du terrain de construction.

– La géothermie verticale

Prenons le schéma précèdent pour suivre les caractéristiques d'une telle installation. Une sonde géothermique permet de capter une énergie environ égale à 50 W/m linéaire (chaque mètre de la sonde capte environ 50 W). En moyenne, pour une maison ayant une superficie de 100 m², il est nécessaire de réaliser un forage d'environ 80 mètres de profondeur. Le coût du forage s'élève à environ 70 €/m soit un coût total de 7000 € pour un forage de 100 mètres de profondeur. Ce système contient deux avantages importants: l'entretien des sondes est très faible puisque les sondes géothermiques (ou tubes échangeurs de chaleur en U) sont incluses dans une cavité faite en béton ce qui est solide. Plus la surface à chauffer est grande, plus le nombre de sondes augmente. Une autre alternative consiste à creuser plus profond le forage car la température du sol y est plus grande mais cela coûte plus cher.

Illustration 8: Principe de la géothermie


– La géothermie horizontale

Ici, le principe reste le même sauf que les capteurs (tubes en polyéthylène disposés en serpentin qui captent l'énergie du sol) sont enterrés horizontalement à une profondeur comprise entre 0,70 et 1,30 m. On économise ainsi les coûts dûs au forage mais il est toutefois nécessaire de décaper le terrain avant l'installation. Mais il existe plusieurs inconvénients. Tout d'abord, cela est encombrant puisque nous avons besoin d'une surface comprise entre 1,5 et 2 fois la surface à chauffer. De plus, il est important de prendre en compte l'environnement bioclimatique. Par exemple, on ne peut pas installer des capteurs sous une route ou à un endroit où prolifèrent des racines, cela nuirait au bon fonctionnement du système. Enfin, la neige peut engendrer des conséquences fâcheuses puisque le gradient géothermique du sol cesse d'être constant (refroidissement du sol).

– La géothermie sur nappe

Pour mettre en place ce type d'installation, il faut avoir la chance d'avoir une nappe phréatique sous la maison puisque cela est plus économique que les deux autres installations vues précédemment. Nous avons besoin de réaliser deux forages (ayant une profondeur d'environ 3 mètres selon le terrain) : un qui va permettre de récupérer l'eau dans les nappes qui contient l'énergie calorifique que l'on va utiliser pour chauffer la maison. Un autre forage qui va évacuer l'eau utilisée au niveau de la nappe phréatique pour fermer le cycle thermodynamique. Il est aussi indispensable de disposer d'un filtre (appelé crépine) mis en bout de la sonde qui prélève l'eau de la nappe afin d'empêcher les impuretés de rentrer dans le système géothermique.

Illustration 9: Géothermie horizontale

Illustration 10: Géothermie sur nappe


– Le coût d’une installation géothermique

Le coût total d'une installation géothermique en comprenant le forage, une pompe à chaleur (coûtant environ 15 000 €; 7 000 pour les moins chères et 20 000 € pour les plus chères) et l'installation s'élève à environ 25 000 € (il est important de préciser que ce prix est variable en fonction du terrain qui engendre des coûts différents en matière de forage et de type de pompes à chaleur utilisées). Ceci est à comparer par exemple avec une installation de chauffage au fioul qui vaut entre 8 000 et 10 000 €. On peut aussi estimer un retour sur investissement en environ 5 ans étant donné que la facture d'électricité est divisée environ par 2 ou 3 (suivant le type d'énergie comparé). L'installation géothermique peut durer jusqu'à 1 mois. Un tel système peut fournir une eau sanitaire et de chauffage atteignant une température de 70 °C (encore une fois suivant les différents types de pompes à chaleur).

Retour 5 sur notre Trek : Lausanne, le 6 avril

Exemple d’une maison utilisant un chauffage combinant la pompe à chaleur et le solaire thermique

Lors de notre visite d'un maison domotisée près de Lausanne, nous avons pu observer une maison utilisant un chauffage combinant la pompe à chaleur et le solaire thermique. Le propriétaire de cette maison nous a présenté certaines caractéristiques (8,8 m² de panneaux solaires, pompe à chaleur (sonde géothermique) produisant 9,2 kW avec un coefficient de performance (COP) de 4,4, réservoir tampon de 1000 litres dont 300 litres de ECS, chauffage à basse température ( 30°C) au sol et par radiateurs, eau chaude sanitaire à 50°C, entre juin 2007 et février 2008, 640 heures de fonctionnement pour la pompe à chaleur et 600 heures pour les capteurs solaire). La consommation énergétique effective est de 20% en dessous du calcul théorique.

Illustration 11: Réservoir tampon

Illustration 12: Capteurs thermiques


2.1.1.e Chauffage par pompes à chaleurLe système de pompe à chaleur est généralement utilisé en association avec la géothermie. Il a

pour but de pouvoir utiliser efficacement l’énergie solaire stockée dans le sol, dans l’eau des nappes ainsi que dans l’air. Ce procédé permet à la fois de limiter l’effet de serre et de préserver les énergies fossiles. Une pompe à chaleur a un principe de fonctionnement similaire à celui d’un réfrigérateur sauf qu'alors que le réfrigérateur refroidit de l’intérieur en rejetant la chaleur vers l’extérieur, la pompe à chaleur se sert de la chaleur qu’elle puisse dans l’air, le sol et l’eau des nappes phréatiques pour réchauffer l’intérieur de la maison.

– Principe de fonctionnement d’une pompe à chaleur

Six éléments sont essentiels pour le fonctionnement d’une pompe à chaleur : l’évaporateur, le compresseur, le condensateur et le détenteur qui forment un bloc bien étanche et fermé dans lequel va circuler un fluide appelé fluide frigorigène (n’est pas nocif) dont le rôle est primordial car il permet le transfert de la chaleur de l’extérieur vers l’intérieur tout au long du cycle de fonctionnement de la pompe.

Premièrement, le fluide frigorigène récupère la chaleur venant de l’extérieur et se vaporise dans l’évaporateur. Ensuite, le compresseur se charge d’augmenter la température du fluide après l’avoir aspiré. Le fluide transporte sa chaleur du compresseur au condenseur et la transmet soit à l’eau du circuit de chauffage, soit à l’air de la maison. Le processus ne s’achève pas là car après condensation du fluide (qui devient liquide), le détenteur se charge de diminuer sa pression ce qui va déclencher systématique la vaporisation du liquide. On distingue : les pompes géothermiques (abordées dans la partie « chauffage par géothermie »), qui récupèrent la chaleur du sol ou de l’eau des nappes phréatiques et les pompes aérothermiques qui exploitent la chaleur emmagasinée dans l’air.

L’avantage de cette famille de pompes à chaleur (aérothermiques) est le fait qu’elles ne nécessitent pas de capteur à installer sur la maison ni d’autorisation ; de plus, il est très aisé d’utiliser la chaleur provenant de l’air qu’il soit interne ou externe au bâtiment. Néanmoins, les différences de température entre les saisons font que son rendement ne sera pas optimal tout au long d’une année. Selon qu’on exploite l’air intérieur au logement ou l’air extérieur, l’installation ne sera pas la même (Illustration 21).

Si on utilise l’air de l’extérieur, il est possible d’installer la pompe à chaleur à l’extérieur ou à l’intérieur ; cette pompe doit être intégrée dans son système une régulation qui va inverser de façon périodique son fonctionnement afin d’assurer la disponibilité permanente du système lorsque l’air extérieur est froid au point de givrer l’évaporateur. On distingue :

Illustration 13: Cycle de fonctionnement d’une pompe à Chaleur


– une pompe air extérieur/eau qui chauffe l’eau d’un circuit de chauffage (avec des émetteurs de chaleur tels que : des ventilo-convecteurs, un radiateur basse température ou encore un plancher chauffant la pompe) ; elle nécessite un investissement de 65€ à 90€ par m² pour le chauffage et le rafraîchissement, et fonctionne pour 2.5 à 3.7 TTC par m² et par an. Elle a pour avantages de ne pas nécessiter forcément de système d’appoint (permettant de relayer la pompe à chaleur lorsqu’il fait froid, d’être à coût limité et d’être facilement adaptable à un réseau de chauffage central déjà existant ( dans une maison déjà construite par exemple). Malgré cela, il est important de faire attention au niveau de bruit engendré par la pompe qui peut être désagréable pour les voisins ainsi que pour les propriétaires.

– une pompe air extérieur/air, qui chauffe l’air intérieur de la maison grâce aux ventilo-convecteurs à détente directe. Ainsi, la pompe à chaleur peut former un seul bloc dans ce cas on parle de monobloc ou alors deux entités différentes rattachées par le circuit de liquide frigorigène. elle nécessite un investissement de 60€ à 90€ par m² pour le chauffage et le rafraîchissement. Les frais de fonctionnement sont similaires à ceux d’une pompe air extérieur/eau. Elle a pour avantage aussi d’être adaptée même pour le chauffage individuel mais ne permet pas la production d’eau chaude sanitaire et nécessite un système d’installation complexe (installation d’un réseau de gaines de soufflages de l’air)

S’il s’agit plutôt d’exploiter l’air intérieur d’un bâtiment, une pompe à chaleur air extrait/air neuf ou VMC double flux thermodynamique. Ce système associe deux celle d’une VMC (ventilation mécanique contrôlée) double flux pour le renouvellement de l’air et celle d’une pompe à chaleur qui consiste à préchauffer la maison. Ainsi, la pompe à chaleur exploite la chaleur contenue dans l’air extrait par la VMC pour préchauffer l’air neuf qu’il souffle dans les différentes pièces du bâtiment. Pour assurer le bon fonctionnement du système, il faut prévoir entre les bas de portes et le sol un espace d’environ 2cm afin de faciliter la circulation de l’air d’une pièce à l’autre. Les coûts d’investissement et de fonctionnement sont les mêmes que ceux d’une pompe air extérieur/air. L’avantage principal de ce système est le fait de coupler à la fois ventilation et chauffage mais ne permet pas d’assurer totalement le chauffage dans un bâtiment (Illustration 22).

Le choix du type de pompe à chaleur à installer dans un bâtiment est fonction de paramètres tels que l’état du terrain de construction par conséquent le système approprié dépend de la situation de tout un chacun pour parvenir à des performances maximales. En parlant de performances, un coefficient détermine l’efficacité et le rendement d’un système de pompe à chaleur utilisée pour le chauffage : le coefficient de performance (COP), permet de quantifier la performance énergétique de la pompe. C’est le rapport entre la quantité de chaleur qu’elle produit et l’énergie électrique que le compresseur consomme. Une pompe à chaleur fournit entre 2 à 4 kWh de chaleur pour 1 kWh d’énergie électrique consommée par le compresseur. D’après l’ADEME, il est préférable de choisir une pompe à chaleur avec le COP supérieur à 3.3. Cette mesure

Illustration 14: Les dispositifs utilisés pour un système de chauffage aérothermique


se justifie par le fait que le COP réel après installation du système de chauffage varie en fonction de la

température du milieu très souvent différente de la température d’essai donnée par le fabricant.

Une installation de pompe à chaleur a une durée de vie d’environ 15 ans (sachant que les capteurs enterrés ont une disponibilité pouvant aller jusqu’à 40 ans). Néanmoins, elle nécessite un entretien annuel par des personnes qualifiées pour pouvoir maximiser ses performances. De plus, le fluide frigorigène doit être recyclé ou détruit (par des spécialistes) au démontage de l’installation.

Illustration 15: Pompe à chaleur air extrait/air neuf

Retour 6 sur notre Trek : Silfiac, le 18 mars

Exemple d’une maison utilisant un système de chauffage efficace

Cette maison utilise un système solaire passif à accumulation. Elle récupère de la chaleur sous la toiture et la dirige vers une dalle qui se charge en chaleur. Si la dalle est chargée, il n’y a pas besoin de chauffage supplémentaire. En hiver, par exemple, sans ajout de chauffage, la température de la maison ne descend pas en dessous des 14°C. En été le plancher froid peut jouer le rôle de climatisation. Des capteurs permettent la régulation de la chaleur : s’il fait trop chaud, il n’y a plus de récupération de chaleur par la dalle et inversement.

Illustration 16: Maison du quartier écologique de Silfiac


2.1.1.f Alimentation électrique par panneau solaire photovoltaïque [5]Un panneau solaire photovoltaïque est un dispositif qui génère du courant alternatif. Il est

constitué d’un ensemble de cellules dites photovoltaïques qui sont assemblées entre elles de façon électrique. Comme nous pouvons le constater sur la figure ci-dessous, un panneau solaire se présente dans la plupart des cas sous la forme d’un parallélépipède rectangle rigide de quelques centimètres d’épaisseur.

Étant donné que la surface d’un panneau solaire photovoltaïque n’est pas couverte et qu’on relève des pertes électriques internes, le rendement d’une cellule qui constitue un panneau photovoltaïque est supérieur à celui du panneau solaire photovoltaïque dans son ensemble. Sous un ensoleillement de 1000 W/m² avec 25 °C de température normalisée et une distribution spectrale d’amplitude de 1.5, on obtient une puissance crête de 50 à 250 W par panneau. Le rendement d’un panneau solaire photovoltaïque est fonction de l’énergie solaire captée par le panneau. Cette énergie dépend non seulement de l’ensoleillement mais aussi de paramètres tels que la surface du panneau, l’orientation et l’inclinaison des capteurs ainsi que des performances techniques du matériel utilisé.

Ainsi, dans l’optique d’obtenir un rendement optimal, un entretien du panneau doit être fait deux fois par an. Les panneaux sont généralement inclinés d’un angle compris entre 30°C et 60°C avec une orientation du sud-est au sud-ouest.

Pour le bon fonctionnement d’un panneau solaire photovoltaïque, plusieurs dispositifs sont nécessaires.

Illustration 17: Immeuble du quartier Vauban, Fribourg en Brisgau

Illustration 18: Schéma de fonctionnement des panneaux solaires


Lorsque le panneau solaire reçoit la lumière du soleil ; les cellules photovoltaïques la transforment en électricité de courant continu. Ce courant continu est acheminé vers un onduleur (qui fait fonctionner les capteurs photovoltaïques au maximum) qui le transforment en courant alternatif afin qu’il puisse être compatible au réseau de distribution. Au cas où le réseau est hors tension, l’onduleur coupe immédiatement le courant pour des mesures de sécurité. L’énergie produite est injectée dans le réseau de distribution. Deux compteurs sont utilisés pour mesurer l’énergie fournie au réseau et celle consommée par l’utilisateur.

Actuellement, on distingue trois technologies de panneau solaire photovoltaïque dont les cellules photovoltaïques sont généralement à base de silicium :

– Le panneau dont les capteurs photovoltaïques sont constitués de cristaux de silicium épuré (silicium monocristallin), encapsulés dans une enveloppe en plastique. Il offre un rendement de 18% et possède un coût de fabrication élevé par rapport aux deux autres technologies de panneau.

– Lorsque les capteurs sont constitués de polycristaux de silicium (fusion de rebuts de silicium), on parle de silicium polycristallin. Le rendement de ce panneau est de 2% de moins que celui du silicium monocristallin. Cette technologie a le meilleur rapport qualité prix en comparaison aux autres.

– Enfin nous avons les panneaux dont les capteurs sont à base de silicium amorphe qui offrent un rendement de 8%. Le coût de fabrication dans ce dernier cas reste faible.

2.1.1.g Alimentation électrique par éolienLe vent est une source d’énergie renouvelable. L’éolien est la technologie qui permet d’exploiter

l’énergie que génère la force du vent pour pouvoir produire de l’électricité. Cette production ne pollue ni les eaux ni les sols et ne dégrade pas l’air. De nos jours, la production d’électricité éolienne est en pleine expansion. Ce système permet de rester autonome en ce qui concerne l’alimentation d’un bâtiment ou d’une région en électricité tout en ne produisant aucun élément susceptible de polluer(CO 2 ). En France, l’objectif est d’atteindre 23% de consommation énergétique (première loi Grenelle) qui proviennent d’énergies renouvelables en 2020 ; d’après le plan « Energie renouvelables » du ministère du développement durable, l’éolien représentera 10% de la production nationale d’électricité en 2020. On constate donc que l’apport de l’éolien est très important. D’après les chiffres de l’European Wind Energy Association, en 2008, l’éolien a empêché le rejet de 1,65 millions de tonnes de CO 2 en France, alimente près de 30 millions de foyers en électricité en Europe soit 3,7% de la demande d’électricité et réduit ainsi la production de gaz carbonique de 91 millions de tonnes.

Le rendement d’une éolienne dépend de la vitesse du vent dans la région dans laquelle elle est installée. En France, de la Vendée au pas-calais (production d’électricité entre 70 et 340 MW en fin 2008), en vallée du Rhône (entre 231 et 138 MW en fin 2008), sur la côte languedocienne (jusqu’à 407 MW en fin 2008), les vents sont présents de façon régulière et à des vitesses importantes ; Ainsi, fin 2008 ont été installées près de 2500 éoliennes ce qui correspond à une production de 3300 MW en puissance. L’un des facteurs qui rend les populations retissantes à l’installation d’une éolienne est le bruit qu’elle pourrait engendrer durant son fonctionnement. (Illustration 26)

Cette crainte n’a pas de raison d’être avec les avancées de la technologie, les éoliennes sont de moins en moins bruyantes. De plus des recherches sont effectuées pour étudier comment par exemple diminuer la vitesse avec laquelle les pales tournent et ceci dans l’optique de diminuer d’avantage le bruit. En 2008, le coût de l’investissement sur une installation d’éolienne est compris entre 1300 et 1600 euros par kWh installé ; sa rentabilité dépend du prix de vente et de revient du kWh.


2.1.2 RafraîchissementRafraîchir l’air dans un bâtiment pendant l’été est indispensable pour le confort de ses

occupants. Pour assurer cette fonction essentielle, la technologie de la pompe à chaleur est utilisée mais en inversant son fonctionnement décrit dans la partie « Chauffage par la pompe à chaleur ». De cette façon, la pompe à chaleur va aspirer toutes les calories qui se trouvent dans les pièces pour les rejeter à l’extérieur. La pompe air extérieur/ air intérieur et la pompe à chaleur air extrait/air neuf intègrent ce dispositif de rafraîchissement permettant ensuite de baisser modérément la température entre 3 et 4 °C par rapport à celle de l’air ambiant extérieur. Le coefficient d’efficacité frigorifique (EER) permet de quantifier la performance de ce type d’installations.

2.1.3 Isolation

2.1.3.a Isolation par l’extérieur

Un pont thermique dans l'enveloppe du bâtiment se traduit par une perte de la résistance thermique de l'habitat. Les déperditions de ce type sont généralement causées par la jonction de deux parois composées de matériaux ayant des résistances thermiques différentes. Sans isolation extérieure, les ponts thermiques créent de fortes pertes d'énergies et on peut recenser les différentes zones de l'habitat où se trouvent les déperditions thermiques :

− 30% de la toiture

− 20% des systèmes de ventilation

− 16% des murs

− 16% des sols

− 13% des portes et fenêtres

− 5% des ponts thermiques

Il existe plusieurs types de ponts thermiques :- Lorsque les jonctions entre des murs (verticaux et verticaux ou verticaux et horizontaux) ont

des matériaux de résistance thermique différentes.

- Au niveau des joints lors de la pose des fenêtres.

Illustration 19: Échelle du bruit


Les chiffres sont relatifs. Pour un bâtiment non isolé, les ponts thermiques ne créent pas de grosses déperditions ( en général inférieures à 20% et de l'ordre de 5% ) car les déperditions totales par les parois sont très fortes (de l’ordre de >1W/m2K). Néanmoins, on atteint plus de 30 % de déperditions thermiques lorsque le bâtiment est fortement isolé avec des déperditions très faible (inférieures à 0,3 W/m2K).

Plusieurs outils permettent de détecter la présence de ponts thermiques ou de fuites. Tout d'abord, nous pouvons détecter les zones de la maison où les déperditions thermiques sont les plus importantes à l'aide de caméras thermographiques qui donnent une image comme celle de l'illustration 28.

On peut aussi utiliser un ventilateur puissant qui va mesurer la différence de pression entre la pression

Retour 7 sur notre Trek : Lyon, le 5 avril

Exemple de ponts thermiques

Concernant le deuxième type de pont thermique, Jacek Kubiak nous a montré quelques défauts en terme de déperdition thermique au niveau des fenêtres de sa salle de bain. On voyait que les joints étaient discontinus et ne couvraient pas la totalité des bords de la fenêtre. Cela était dû à une erreur de conception puisque les charnières de la fenêtre forçait les joints sur les bords de la fenêtre à être discontinus.

Illustration 20: Exemple de pont thermique

Illustration 21: Maison à travers une camera thermographique


intérieure à la maison et la pression extérieure. Pour cela il faut isoler la maison en fermant les fenêtres et les portes et en laissant les portes intérieures ouvertes. (Illustration 29)

2.1.4 VentilationLa ventilation, qui permet un renouvellement de l'air d'un espace fermé, est très importante

pour un bon entretien et le bon usage d'un bâtiment. En effet, en plus d'assainir l'air ambiant et de réguler le taux d'humidité (une famille de 4 personnes produit en moyenne 12 litres de vapeur d'eau par jour), la ventilation permet de contrôler la concentration de polluants et d'assurer la climatisation local, qu'il s'agisse de chauffer ou de refroidir. Une ventilation adaptée peut conduire à diminuer l'utilisation des mécanismes "classiques" de chauffage, voire de l'éviter.

2.1.4.a Ventilation double-fluxPour construire une maison à basse consommation d'énergie (la VMC est le système le plus

largement utilisé pour obtenir les différents labels tels que Minergie, Passivhauss, BBC...)., il est nécessaire d'utilisé le système VMC (Ventilation Mécanique Contrôlée) et plus particulièrement la VMC double flux. La

Illustration 22: Ventilateur pour augmenter la pression intérieur de la maison

Retour 8 sur notre Trek : Francfort, le 18 avril

Exemple de test d'isolement

Pendant le salon de la maison passive à Francfort en Allemagne, nous avons vu à quoi ressemble une caméra thermique ainsi qu'un ventilateur pour détecter les déperditions thermiques. On peut souffler de la fumée colorée pour voir où se situent les zones de déperditions.


ventilation mécanique désigne tous les dispositifs d'évacuation ou d'insufflation d'air frais. La VMC double flux consiste à favoriser la pénétration de l'air extérieur par un conduit central, qui le distribue ensuite dans toutes les pièces de la maison, et cela afin d'éviter une ventilation non contrôlée au niveau des fenêtres.

Remarque : il existe un autre procédé spécialisé uniquement dans l'adaptation des débits en fonction de l'occupation du logement : la ventilation mécanique contrôlée hygro-réglabe type B, qui adapte les débits d'air entrants et extraits en fonction du taux d'humidité intérieur.

Illustration 23: Schéma d'une VMC double flux avec échangeur haute efficacité (source : http://www.thermi-confort.net)

Le dispositif de la VMC est constitué :

− d'un circuit récupérateur d'air vicié muni de modules de régulation auto-réglables− d'un circuit insufflateur d'air neuf muni de modules de régulation auto-réglables− de bouches d'insufflation dans les pièces de vie (séjour, chambre...)− de bouches d'extraction dans les pièces humides (salle de bains, WC, cuisine...)− d'un échangeur de chaleur qui permet à l'air entrant (venant de l'extérieur) d'être réchauffer par l'air

sortant (provenant de la maison). L'air intérieur cède de la chaleur à l'air extérieur.

La VMC double flux permet de réduire la consommation de chauffage jusqu'à 30%. En effet, elle récupère entre 70 et 90 % de l'énergie de l'air extrait de la maison. Elle est d'autant plus performante que les fuites d'air intérieur sont minimes, voire inexistantes (absence de ponts thermiques). Le dispositif est certes coûteux à l'achat, mais les économies engendrées par la suite le rendent avantageux. De plus elle contribue à


la qualité de l'air ambiant et au confort intérieur en filtrant l'air entrant et en ne provoquant pas de courant d'air ni de dérangement acoustique.

En revanche la qualité de la VMC double flux peut être réduite si d'une part le moteur utilisé pour l'insertion/extraction de l'air consomme trop d'énergie, et d'autre part si le bâtiment n'a pas une très bonne étanchéité à l'air. La bonne isolation des conduits est d'ailleurs nécessaire pour limiter les pertes et ainsi augmenter les performances. Il faut aussi faire attention à entretenir régulièrement le dispositif car l'encrassement de l'échangeur et des conduits peuvent nuire fortement à la sanité de l'air insufflé dans le bâtiment.

Illustration 24: Consommation d'énergie liées à la ventilation (source : http://www.effinergie.org/site/Main/)

On remarque grâce à ce graphique que l'énergie économisée pour chauffer l'air, est compensée par la consommation des ventilateurs. Leur consommation étant indépendante du climat. D'où l'importance de choisir des ventilateurs qui consomment peu.

2.1.4.b Puits canadienLe puits canadien est un système de ventilation qui, comme la VMC double flux, permet de

réchauffer l'air entrant dans la maison. Il est basé sur l'utilisation de la chaleur de la terre en suivant le principe de la géothermie. En effet, l'air entrant dans la maison, provenant de l'extérieur, passe par un tube long d'une vingtaine de mètres qui est enfoui sous la terre (entre 1,5 et 2,5 mètres de profondeur). La température sous le sol est à peu près constante toute l'année. Ainsi, en hiver, l'air est réchauffé en profondeur par la chaleur de la terre; et en été, l'air va être refroidit par la terre, d'une température plus fraîche que celle de l'extérieur.


Illustration 25: Schéma de principe d'un puits canadien (source : http://fr.ekopedia.org/Puits_canadien)

Ce dispositif nécessite une faible quantité d'énergie et ne présente pas de gène sonore particulière. La combinaison du puits canadien avec la VMC double flux offre de meilleure performance surtout dans les régions où la température extérieure varie beaucoup tout au long de l'année. En revanche le système est délicat à mettre en oeuvre et ne peut-être installé que dans des zones présentant des espaces verts à proximité. Si il n'est pas correctement installé, de la vapeur d'eau peut s'y condenser et ainsi provoquer des moisissures dans les tuyaux qui contaminent alors l'air insufflé dans la maison.Enfin il faut être particulièrement attentif à l'étanchéité des conduits sous-terrain : les risques d'infiltration de radon, gaz radioactif présent en profondeur, sont importants.

Exemple de VMC double flux

Lors de notre passage à Lyon, nous avons été accueilli par la famille Kubiak, qui nous a décrit en détails les étapes de la construction de leur maison à faible consommation énergétique, et plus particulièrement l'ensemble des solutions choisies.

Nous avons donc pu comprendre le principe de la VMC double flux couplée avec un puits canadien et constater ses avantages. En effet, la famille débourse environ 100 euros de chauffage par an pour une maison de près de 170 m².

Illustration 26: Échangeur d'un VMC double flux


2.1.4.c Ventilation naturelleLa ventilation naturelle n'utilise aucun moyen technique de ventilation comme un ventilateur

ou un moteur pour aspirer ou rejeter de l'air. Elle se base simplement sur la différence de pression entre l'air extérieur et l'air intérieur ainsi que sur la différence de masse volumique (qui varie avec la température).

Pour que ce système marche, il convient de placer des ouvertures pour à la fois capter l'air neuf de l'extérieur et rejeter l'air vicié de l'intérieur. Pour permettre la bonne circulation de l'air dans le bâtiment, il est nécessaire de poser des ouvertures de transfert qui permettent la circulation de l'air d'une pièce à l'autre.

Ce type de ventilation est particulièrement économe en énergie puisqu'il n'en a pas besoin pour fonctionner, est se pose donc comme une solution intéressante pour protéger l'environnement.

Cependant ce système dépend fortement des conditions climatiques puisqu'il est entièrement basé sur les mouvements naturels de l'air. Les performances finales peuvent donc être moindres, comparées à un système de ventilation double flux dont le fonctionnement est maîtrisé. Des dispositifs peuvent être rajoutés pour réguler la ventilation comme des grilles hygroréglabes au niveau des ouvertures.

Certes des économies sont faites au niveau de son fonctionnement, mais ce système requiert l'utilisation d'un système de chauffage ou de climatisation complémentaires.

De plus l'air entrant n'est pas filtré comme dans la VMC double flux. Des éléments parasites comme le bruit ou des gaz polluants peuvent donc s'infiltrer.

Illustration 27: Schéma représentant le principe de ventilation naturelle (source : http://energie.wallonie.be)

http://energie.wallonie.be/


2.2 Matériaux de construction écologiqueLe choix du matériau de construction est très important dans la construction d’une maison

écologique. Il entre en ligne de compte non seulement pour la construction en elle-même, mais aussi pour l’isolation, le revêtement des sols et des murs. Nous sommes sans ignorer que les ressources naturelles sont susceptibles de s’épuiser, ainsi, il est primordial d’utiliser des matériaux respectueux de l’environnement, c'est-à-dire qui ne rejettent aucun gaz polluant ni aucun CO 2 , ou encore qui donnent la possibilité en fin de vie d’être recyclés.

2.2.1 Construction en boisC’est le matériau par excellence de construction biologique. Il nécessite très peu d’énergie grise,

permet de faire des économies d’énergie grâce à sa structure cellulaire et est un matériau recyclable. Il assure aussi une bonne sécurité en ce qui concerne les incendies. Nous sommes sans ignorer qu’un arbre qui meurt dans la nature rejette dans l’atmosphère toute la quantité de gaz carbonique qu’il a accumulé durant tout son cycle de vie ; ainsi, en utilisant le bois comme matériau de construction, ce stock de gaz carbonique est conservé dans la structure du bois. De plus, le bois permet une bonne isolation thermique de la maison et reste moins sensible par rapport aux autres types de matériaux à la variation de la température entre l’air

Retour 10 sur notre Trek, Lausanne, le 6 avril

Résultats d’un système de ventilation double-flux combinée avec un puits canadien

Ces résultats sont ceux d’une maison labellisée Minergie, située en Suisse au Mont sur Lausanne que nous avons eu l’occasion de visiter durant notre Trek.

Illustration 28: Température d'une maison


ambiant et les parois.

La technique de construction en bois la plus utilisée est l’ossature en bois : il s’agit de monter l’armature du bâtiment en utilisant du bois. Ensuite la structure sera remplie par des isolants tels que le lin, la paille ou encore le chanvre. C’est une technique très résistante aux séismes de par la robustesse et la souplesse du matériau. Le bois est très résistant au fil du temps ; il est non seulement naturel mais agréable à vivre. Le chantier de construction en bois est propre contrairement à certains chantiers

2.2.2 Construction avec des bottes de paille


Exemple de maison en paille

La structure de la maison est faite de bois à l’intérieur de laquelle on cale des blocs de paille. La paille est ensuite recouverte d’une épaisse couche d’enduit faite à base de terre, de paille et de foin haché. Puis on ajoute une couche d’enduit à la chaux par dessus le tout. L’isolation du toit est faite à partir de laine de chanvre. Les ouvertures sont toutes orientées au sud, et au nord et la surface de la maison est arrondie pour limiter les infiltrations de vent froid.

Illustration 30: Maison en paille

Illustration 29: Maison à ossature en bois avec isolation avec de la laine de bois


Construire une maison en paille peut paraître invraisemblable mais cela est possible et ceci avec des avantages très intéressants. C’est une technique qui est ré-utilisée depuis la fin du 20 ème siècle. Il existe plusieurs façons de construire avec de la paille ; des techniques nouvelles émergent dans cette manière de construire afin de pouvoir l’adapter tant pour les zones rurales que pour les zones urbaines. La technique la plus utilisée est celle à ossature à bois qui consiste à monter une armature en bois qui supporte une charpente et ensuite de poser la paille soit en ligne lorsqu’il s’agit d’une double armature, soit en colonne entre les poteaux. (Retour 11 sur notre Trek).

La construction en bottes de paille est très économique (entre 1 et 2 euros la botte de paille) . De plus, la paille est un très bon isolant ce qui permet de moins dépenser en matière de chauffage de la maison. Ce type de construction présente aussi des contraintes comme par exemple le fait de pas pouvoir construire jusqu’à plus de 5 étages ou alors le fait que la paille doit être très sèche

2.2.3 Construction avec la brique monomurConsidéré comme un matériau ancien et bas de gamme, le monomur a fait son retour en force

dans les maisons écologiques. Utilisant de l’argile, le monomur encore appelé monomur en terre cuite est construit sans apport de produit chimique. Il ne contient ni fibre, ni solvant, et ne libère donc aucun composé organique volatil.

Grâce à son inertie thermique, le monomur régule la température intérieure de la maison et permet d’économiser près de 10% de l’énergie. En effet, sa structure alvéolaire et les propriétés de la terre cuite permettent de construire les murs et de faire l’isolation en une seule fois : c’est la technique de l’isolation par extérieur. Aucune isolation thermique ou acoustique n’est nécessaire, ce qui permet de faire des économies non négligeables quant à la construction de la maison.

Ainsi sa fabrication dans le respect de l’environnement avec une matière première abondante, sa capacité auto-isolante, sa résistance à l’humidité et son caractère non-inflammable en font un matériau de Haute Qualité Environnementale (HQE) qui a été évalué favorablement par le CESAT (Comité Environnement et Santé de l'Avis Technique).

2.2.4 Construction avec du béton cellulaireEncore appelé thermopierre, le béton cellulaire est constitué de chaux, de sable ou de ciment auquel on ajoute de l’eau. Comme le monomur en terre cuite, « il absorbe cinq fois moins d’eau que les autres types de mur », ce qui permet de lutter contre l’humidité et de supprimer les moisissures.

Sa structure constituée de « milliers de bulles d'air, indépendantes les unes des autres, emprisonnées dans la structure massive du béton cellulaire » et les qualités des matières premières utilisées garantissent une bonne isolation thermique et acoustique et un excellent régulateur thermique. L’implémentation d’un système d’isolation devient ainsi superflue.

Constitué essentiellement de matières premières minérales, le béton cellulaire est incombustible et ne produit ni fumée, ni gaz toxiques. De plus il ne contient pas d’éléments nocifs ou cancérigènes et n’est pas attaquable par des insectes ou des termites.

Son coût de construction est plus élevé par rapport au béton traditionnel « de l’ordre de 20% », mais l’absence de coût d’isolation et les gains en énergie lors de l’utilisation de la maison pallient rapidement à ce surcoût et rendent la construction par béton cellulaire très attractive.


2.3 Autres technologies

2.3.1 Récupération d’eau de pluieL’utilisation de l’eau est vitale dans l’entretien d’un bâtiment ainsi que des activités (la lessive,

la vaisselle ...) effectuées par ses occupants. En France, la consommation d’eau dans les ménages s’élève en moyenne 150 à 200 litres par jour sachant qu’à titre indicatif, le m 3 coûte 2 .8 euros. Grâce au tableau [1] ci- dessous, nous pouvons évaluer la consommation d’eau réalisée par les appareils d’une maison ainsi que par ses occupants.

Les systèmes de récupération d’eau de pluie sont des techniques économique et qui s’avère très pratique. L’installation de tels systèmes dépend de la situation de tout un chacun tel que le type de maison dont la structure permet de savoir la capacité de celle-ci à récupérer de l’eau. Ainsi, il est possible d’installer une cuve de récupération d’eau soit sous le sol , soit dans un coin caché du jardin de la maison sachant que la deuxième technique est moins coûteuse. Cette cuve est reliée à un système de gouttières provenant du toit de la maison Cette installation n’empêche pas de se relier à l’installation traditionnelle et de l’utiliser au cas où la récupération d’eau n’est plus suffisante.

Illustration 31: Consommation d'une famille de 4 personnes

Illustration 32: Système de récupération d’eau de pluie


2.3.2 Lagunage naturel, assainissement naturelC’est une technique qui permet d’épurer les eaux polluées grâce à des végétaux aquatiques.

Une installation de lagunage peut être constituée de 3 à 5 bassins en fonction des besoins en eau et s’intègre aisément au paysage. De plus, ce procédé nécessite des frais de fonctionnement, d’entretien et d’investissement moindre. Il peut avoir risques d’odeurs nauséabondes si le lagunage ne fonctionne pas correctement.

2.3.3 Le Double/Triple vitrageTout d'abord, il est très important de rappeler que l'efficacité d'une fenêtre en terme de fuites et

ponts thermiques dépend en premier lieu des châssis. Une fois ce paramètre maîtrisé, nous pouvons rentrer dans la problématique des double et triple vitrages pour améliorer les performances de nos fenêtres (suivant le contexte).

De plus, on peut dire que les solutions de double ou triple vitrage ne sont pas déterminantes pour les bâtiments ayant une forte consommation énergétique (type RT2005). Autrement dit, utiliser un double ou un triple vitrage aura une influence très faible sur la consommation d'énergie du bâtiment.

En revanche, pour les bâtiments à très faible consommation d'énergie (type maison passive), l'intérêt du vitrage apparaît en ce qui concerne le bilan thermique.

Illustration 33: Fenêtre triple vitrage


Exemple d'assainissement naturel

Avant notre périple, nous sommes allés visiter Silfiac, un éco-village situé en Bretagne. La commune a mis en place un système de lagunage de l’éco-lotissement entièrement naturel. En plus d’une mise en oeuvre facile, ce système est également simple à entretenir : il ne consomme aucune énergie et il suffit juste de retirer les “bouts” qui se forment au fond des bassins tout les 5 ans. L’entretien des abords se fait grâce à des moutons d’Ouessant. L’inconvénient majeur de ce procédé réside dans la place qu’il prend : 3 bassins pour seulement 15 habitations.


Nous pouvons illustrer ces principes à l'aide de l'exemple d'une maison passive ayant 18% de surface de vitrage. Parmi cette surface de vitrage, nous avons : 6% Nord, 26% Est, 46% Sud et 22% Ouest. Le tableau ci-dessous récapitule les apports solaires nets annuels, c'est-à-dire la valeur « gains - pertes » exprimés en kWh/m².an :

Bien évidemment, le triple vitrage coûte plus cher que le double vitrage. Tout est affaire de compromis entre le climat de la maison (durée d'ensoleillement annuel par exemple) et prix du vitrage. On voit par exemple qu'un triple vitrage à Marseille (zone très ensoleillée) apporterait un « Gains - Pertes » de 11 kWh/m².an ce qui rendrait la température intérieur de la maison très chaude donc peu supportable.

Illustration 34: Gains et perte des différents vitrages (statistiques issue du site : http://www.lamaisonpassive.fr/, article 55)

Retour 13 sur notre Trek : Lyon, le 5 avril

Exemple de triple vitrage

Lors de notre périple à Lyon, M. Jacek Kubiak nous a chaleureusement montré sa maison écologique en armature bois. M. Kubiak a réfléchi à tous les détails pour construire une maison très peu gourmande en énergie. En particulier, il a choisi d'installer des fenêtres triple vitrage au niveau des façades orientées Nord pour assurer une bonne isolation sans avoir une inertie thermique trop importante (dû à un ensoleillement important dans la région lyonnaise ).

Illustration 35: Triple vitrage de la maison des Kubiak


On peut aussi renforcer l'isolation en insérant un gaz rare (ou gaz neutre) entre les vitres. Le gaz le plus utilisé est l'argon. Ce gaz étant plus lourd, la convection thermique est plus faible puisque les molécules composant le gaz connaissent une agitation moins importante. La conductibilité de l'Argon est aussi moins importante ce qui limite les pertes par conduction thermique.

Une autre solution pour améliorer les performances des vitrages multiples est d'ajouter un revêtement pour diminuer l'émissivité et donc les pertes thermiques par rayonnement infrarouge. Ces revêtements transparents sont composés d'une très fine couche d'oxyde métallique. Plus précisément, ce composé chimique ne laisse passer que les ondes solaires ayant une faible longueur d'onde. La transmission de la chaleur par rayonnement s'effectue à partir d'ondes ayant une longueur d'onde plus grande. Ce type de revêtement agit donc comme un filtre. On applique préférentiellement ce revêtement sur les faces internes des triple vitrages à cause de sa fragilité.

Domotique 37

3 DomotiqueCe paragraphe, dédié à la domotique, entre dans la continuité avec le paragraphe précédent. La

domotique, qui sera présentée dans ce qui suit, est en effet un outil non négligeable pour la réalisation d'économie d'énergie. La domotique est souvent associée au luxe et aux gadgets plaisant mais pas indispensable. Or il nous a été présenté une approche complètement différentes. La domotique permet en effet de gérer les ressource énergétique de façon très réfléchie, et donc d'effectuer des économies d'énergie. De plus nous sommes étudiant dans une école de télécommunications, et cette partie domotique représente le lien entre notre projet et notre école.

3.1 Généralités [6]La domotique est un domaine où les télécommunications sont omniprésentes. Elle regroupe

tous les appareils électroniques de la maison qui servent à gérer, réguler et suivre automatiquement la consommation énergétique, à assurer la sécurité chez soi. Plus précisément, dans le cadre de la gestion de l'énergie, selon Dominique Frossard, « l'énergie la plus économique est celle que l'on ne consomme pas ». Autrement dit, la domotique aide les résidents à ne pas consommer inutilement de l'énergie. Par exemple, il est possible d'optimiser la consommation de chauffage dans les pièces de la maison grâce à des capteurs et des électrovannes qui contrôlent les radiateurs par asservissement afin de contrôler la température de la pièce. Cet exemple n'est pas anodin puisque le chauffage constitue le plus important « gaspillage » énergétique dans les maisons lorsqu'il n'est pas correctement géré. La communication entre les différents capteurs et actionneurs domotiques se fait grâce au protocole EIB/KNX qui est largement utilisé dans ce domaine.

Dominique Frossard, créateur de Domo-Energie, nous a accueillis pour nous présenter les enjeux énergétiques de la domotique. Les services fournis par cette entreprise reposent sur quatre piliers : sécurité, confort, économie d'énergie et mobilité (c'est à dire rendre la modification de l'installation électrique facile). Les deux derniers étant les plus importants.

Illustration 36: Principe d'une maison domotisée

Installation traditionnelle

Liens câblés, non modifiables

Installation domotique

Liens virtuels,

modifiables à

volonté

Installation

Installation

figéefigée

Installation

Installation

évolutive

évolutive

Domotique 38

La principale source de difficulté dans le métier d'installateur de réseau domotique se trouve au niveau des différents corps de métier lors de la conception d'une maison. En effet, entre l'architecte, l'électricien ou Dominique Frossard, les conceptions et les savoirs faire divergent ce qui créer dans beaucoup de cas des incompatibilités. Le travail préparatoire avant la conception de l'installation domotique se base sur un document très complet nommé justificatif thermique.

Il est aussi très important de discuter avec le client pour identifier très précisément ses besoins. Une fois la conception de la maison réalisée, une simulation est faite pour connaître la consommation énergétique de la maison. En général, les résultats diffèrent de la réalité d'environ 10 %. En moyenne, il faut compter 10 000 € supplémentaires pour avoir une installation domotique chez soi dans le cas d'une maison type ( environ 150 m² habitables) ce qui représente une augmentation des coûts d'environ 30 %. De plus, il est plus difficile de concevoir une installation domotique dans le cas d'une rénovation mais les coûts restent quasiment identiques. Il faut aussi compter un retour sur investissement au bout de dix ans.

3.2 Appareils domotiquesÉlectrovannes, MyHomeBox, écran tactile centralisé, caméra pour la sécurité, interrupteurs

multi-boutons pour plusieurs scénarios... On peut séparer les appareils domotiques en deux grandes familles : les capteurs et les actionneurs. Les capteurs vont mesurer une certaine grandeur (température, luminosité, mouvement, humidité...) puis vont communiquer ces informations qui transitent sur le réseau domotique aux actionneurs. Ces derniers, quant à eux, appliquent les ordres envoyés par les capteurs en agissant sur le matériel (radiateurs, lumières, caméras, ventilation ...) afin de respecter les consignes données par le résident (l'utilisateur souhaite avoir une température dans la salle à manger de 21 °C par exemple).

3.2.1 ÉclairageIl existe plusieurs types d'actionneurs pour l'éclairage. Le principal est l'interrupteur multi-

fonctions. Celui-ci est constitué de plusieurs touches qui enclenchent différents scénarios d'éclairage que l'on peut programmer soi-même. Par exemple, il est possible de gérer l'intensité des lumières suivant l'heure de la journée (plus forte quand il fait nuit et moins forte le matin pour un réveil en « douceur » par exemple). Il est aussi possible de programmer quelles lampes doivent s'allumer suivant la touche correspondant à tel scénario. Par exemple, on peut obtenir une ambiance tamisée si l'on appuie sur la touche « télévision » de l'interrupteur ou bien allumer uniquement la lampe au dessus de la table du séjour en appuyant sur la touche dîner par exemple.

Illustration 37: Exemple d'interrupteur

Domotique 39

Sur l'illustration précédente nous pouvons observer un exemple d'interrupteur possédant huit touches pour huit scénarios possibles dans le salon.

Cet interrupteur fonctionne avec un écran de commandes qui permet de programmer différents scénarios dans les pièces de la maison.

Cet écran de commandes permet de régler plusieurs paramètres pour différents scénarios. Par exemple, pour la scène télévision ici, on peut définir quelles lampes doivent être allumées, l'intensité de la lumière pour les lampes qui s'allument, la position des stores suivant le jour ou la nuit ...

Mais l'éclairage n'est pas seul paramètre configurable. Comme nous allons le voir après, la température, la sécurité et tout ce qui concerne la gestion de l'énergie peuvent être programmés à partir de cet écran de commandes.

3.2.2 ChauffageL'actionneur principal pour gérer la température des pièces est l'électrovanne. Celui-ci est

installé sur les vannes des radiateurs afin d'ouvrir ou fermer les vannes suivant la température de la pièce considérée potentiellement plus élevée ou plus basse que la température de consigne. Là encore, il est possible de configurer cette température de consigne sur l'écran de commandes aussi appelé « module thermostat » présenté dans le paragraphe précédent.

Sur l'illustration précédente, nous observons des électrovannes qui régulent l'ouverture des vannes pour

Illustration 39: Électrovannes

Illustration 38: Écran de commande

Domotique 40

différents circuits d'eau chaude correspondants aux pièces de la maison.

La différence entre la température de consigne et la température réelle est de 1 ou 2 degrés environ.

Les capteurs domotiques en ce qui concerne le chauffage sont des thermostats. La photo ci-dessous nous montre à quoi cela ressemble.

Sur l'illustration précédente, nous avons un thermostat qui mesure la température de la pièce qui va être ensuite asservie par rapport à la température de consigne.

3.2.3 VentilationLes capteurs ici mesurent le taux d'humidité dans différentes pièces. Une pièce saine possède

un taux d'humidité inférieur à 50 %. Au delà de 75 %, l'air devient trop humide. Ainsi, il est possible de régler le taux d'humidité au dessus duquel la ventilation s'enclenchera, et en dessous duquel elle s'arrêtera. Tout ceci est une fois de plus programmable à partir de l'écran de commandes présenté plus haut.

3.2.4 Interface utilisateurPendant nos deux jours à Lausanne, Raphaël Fleury, l'un des créateurs de la société ergo3, nous

a présenté un chalet totalement rénové dans lequel de nombreux équipements domotiques étaient présents. Un appareil en particulier a été particulièrement intéressant : l'écran de commande. Celui-ci se présentait comme un écran tactile et possédait la propriété remarquable de pouvoir tout contrôler à distance (lumière, chauffage, caméras, scénarios ...) avec une simplicité remarquable. (Illustration 48).

Illustration 40: Thermostat d'asservissement

Domotique 41

Un des atouts de cette interface est qu'elle peut être modifiée très simplement en réalisant de simple cliquer – glisser. Si toutefois cela devenait embarrassant pour l'utilisateur, il est possible qu'un expert se connecte au réseau domotique et change la configuration de l'écran tactile suivant les besoins exprimés par le client. Cette connexion est bien évidemment sécurisée. MyHomeBox, système constitué d'un microprocesseur qui lie le réseau informatique avec le réseau domotique, permet de réaliser cette manipulation. Nous décrirons MyHomeBox plus loin. Enfin, un tel écran coûte environ 1 000 € et consomme environ 25 W.

3.2.5 SécuritéLà encore, de nombreux types de capteurs et actionneurs existent pour assurer la sécurité.

Concernant les capteurs, nous pouvons citer les détecteurs de mouvement que l'on peut actionner manuellement pendant l'absence ou bien automatiquement après avoir programmé un scénario. Nous avons aussi les détecteurs d'incendie et des claviers à l'entrée de la maison pour les codes d'accès.

Quant aux actionneurs, nous avons les alarmes, les caméras qui s'activent lorsqu'elles détectent du mouvement après avoir sélectionné le mode « absence » par exemple et nous pouvons citer les simulateurs de présence qui allument et éteignent les lumières ou/et appareils sonores automatiques afin de donner l'illusion de présence. Ces systèmes visent à dissuader les cambrioleurs potentiels. Tous ces scénarios de

Illustration 41: Interface d'utilisation ergonomique sur un écran tactile

Illustration 42: Détecteur de mouvements

Domotique 42

sécurité peuvent être programmés grâce à l'écran de commandes.

3.2.6 Lien entre réseau informatique et réseau domotiqueUne fonctionnalité remarquable nous a été présentée par Raphaël Fleury : l'interactivité entre le

réseau domotique chez soi et le réseau informatique. Autrement dit, il est possible de contrôler à distance de nombreux appareils électroniques chez soi. Mais ce n'est pas tout. Il est aussi possible de prendre connaissance de l'état énergétique de sa maison, c'est à dire savoir si des lampes sont allumées pendant son absence ou savoir si un robinet est resté ouvert par mégarde. On peut donc éviter ce genre de gaspillage en contrôlant les appareils domotiques à distance en reliant réseau domotique et réseau informatique. Nous avons eu le droit, par la même occasion, à une démonstration réalisée par Raphaël Fleury qui a réussi à se connecter au réseau domotique du chalet rénové, puis a fait fonctionner les caméras depuis les locaux de Siemens en entrant l'adresse IP de la machine servant d'interface (entre le réseau domotique et informatique) et qui porte le nom de MyHomeBox.

À gauche, le bus KNX relié à deux routeurs au dessus de la MyHomeBox. Le routeur de gauche est lié au réseau domotique, celui de droite au réseau informatique.

La Box est donc séparée en deux (pour traiter la partie domotique et informatique) et un Firewall existe entre les deux parties pour assurer une sécurité d'un point de vue piratage. Il serait en effet ennuyeux qu'une personne nuisible vienne s'introduire dans un réseau domotique pour allumer et éteindre comme il le souhaite un ou plusieurs appareils électroniques dans une maison. Les protocoles ethernet et IP sont utilisés pour se connecter au réseau domotique. Le système d'exploitation utilisé s'appelle openBSD qui assure une sécurité très performante. C'est un système d'exploitation très proche de MAC OS et de type UNIX libre. MyHomeBox a besoin d'une puissance inférieure à 5 W pour fonctionner et coûte environ 1 200 €. Ce système est donc une passerelle permettant de contrôler à distance tous les appareils chez soi. C'est aussi lui qui stocke dans une base de données la consommation énergétique de la maison après avoir calculé le temps de marche des appareils avec leur consommation respective. Cela permet ainsi d'avoir un suivi énergétique efficace et donc d'identifier les zones énergétiques sur lesquelles il est pertinent de faire des efforts d'économie d'énergie.

3.2.7 StructurePour résumer, les différents capteurs (lumière, température, humidité etc) sont reliés à un

tableau électrique (via un bus KNX en vert sur le schéma) qui route ensuite les messages à transmettre aux différents actionneurs qui vont ensuite s'activer (ceci via le réseau électrique en orange). (Illustration 51).

Illustration 43: MyHomeBox

Domotique 43

MyHomeBox sert donc de passerelle pour connecter le réseau informatique à gauche et le réseau domotique à droite (le bus KNX constitue le support sur lequel transitent les données). Un firewall entre ces deux réseaux filtre les droits d'accés afin d'assurer une sécurité performante (représenté par un trait rouge en pointillés).

3.3 Protocole EIB/KNX [7]Les différents appareils domotiques (que l'on appelle aussi participants) communiquent grâce au protocole EIB/KNX. Cela assure une grande fiabilité lors de la conception de l'installation et offre une grande flexibilité concernant les modifications potentielles de l'installation que l'utilisateur souhaiterait réaliser. Le protocole KNX permet aussi de diagnostiquer à distance via internet l'installation électrique ce qui facilite la tâche des électriciens réparateurs. Ses atouts en termes de coûts, de simplicité d'utilisation, de confort, de visualisation (interfaces), de gestion du bâtiment à distance (via internet ou téléphone portable) et d'économies d'énergie sont des qualités très appréciées par les usagers.

Le système KNX englobe trois types de médias pour la transmission d'informations :

• le câble bus ;

• le système électrique ;

• par radio-fréquence sur une gamme de fréquences de 868 MHz.

Illustration 44: Structure domotique

Installation domotique

Illustration 45: Schéma global de MyHomeBox

Domotique 44

3.3.1 Câble bus

3.3.1.a TopologieLa structure hiérarchique d'un système KNX, utilisant comme média de transmission le câble

bus, se décompose en lignes et en zones.

- La ligne : c'est la plus petite entité d'installation. Elle doit contenir au minimum 4 segments de ligne, chacun comportant jusqu'à 64 participants.

L'alimentation électrique ainsi que la consommation électrique des participants déterminent le nombre exact de participants pouvant être connectés sur le bus. Le système KNX est alimenté avec une très basse tension de sécurité (TBTS) de 30 V max. Cela rend les câbles inoffensifs pour l'utilisateur souhaitant manipuler les câbles.

- La zone : une zone est constituée de 15 lignes au maximum. Celles ci sont raccordées à la ligne principale par des coupleurs de lignes. La ligne principale doit avoir sa propre alimentation électrique bus filtrée. Il est important aussi de ne pas utiliser des répéteurs sur la ligne principale.

Illustration 46: Schéma de la ligne

Illustration 47: Schéma d'une zone

Domotique 45

Enfin, on peut regrouper les zones que l'on raccorde avec des coupleurs de zone sur la ligne réseau :

Au total, avec un nombre maximum de zones égal à 15, on peut faire travailler en commun jusqu'à 58 000 participants. Il est important de préciser que les coupleurs de ligne et de zone ainsi que les répéteurs jouent le rôle de participant. Cette topologie possède des avantages considérables : une grande fiabilité opérationnelle, l'indépendance électrique des lignes et des zones alimentées par leur propre alimentation (la panne d'une ligne ou zone n'influe pas sur les autres) et enfin la propreté d'une telle installation facilite la visualisation du système et donc tout ce qui concerne la maintenance et les diagnostics.

3.3.1.b Technologie de transmissionL'information entre les participants est communiquée grâce à des télégrammes sur le bus. La

technologie des bus fait qu'il est inutile de placer une résistance d'adaptation en fin de ligne étant donné la vitesse de transmission (9600 bits/s) et le temps moyen de transmission pour l'envoie et la confirmation d'un télégramme (25 ms). Le participant évalue la différence de tension alternative entre les deux conducteurs comme le montre le schéma ci-dessous :

Illustration 49: Schéma des signaux

Illustration 48: Schéma des zones

Domotique 46

L'accès au bus se fait suivant le principe du CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Acces/ Collision Avoidance) étant donné l'échange d'informations qui se fait séquentiellemment. Cela permet une utilisation optimale du bus. Cette méthode d'accès fonctionne de la façon suivante : les participants écoutent le bus pour savoir si des télégrammes sont échangés sur le bus. Si c'est le cas, le participant en question ne fait rien et attend. Sinon, le participant transmet son information. Si pendant la transmission un autre participant commence à transmettre en même temps, l'un des deux arrête l'opération qu'il effectue. Cela évite les collisions entre les télégrammes.

3.3.1.c Structure des télégrammes

L'adresse de l'expéditeur et du destinataire sont des adresses physiques qui caractérisent la ligne et la zone du participant en question.

3.3.2 Système électriqueLe courant porteur KNX (ou système électrique 230 V) est un autre média de transmission. Ici,

les participants ont besoin d'une connexion d'un conducteur de phase et d'un conducteur de neutre. Ce type de système est utilisé dans les cas de rénovation (mais aussi pour des nouvelles installations). Le courant porteur KNX respecte les normes européennes et en particulier les normes DIN EN 50 065 et DIN EN 500 90 (pour plus de détails consultez le livre en référence [7]).

3.3.2.a TopologieLa structure est globalement la même que celle pour les câbles bus. Quelques détails changent

néanmoins.

- la ligne :

Illustration 50: Schéma du télégramme

Illustration 51: Schéma d'une ligne

Domotique 47

255 participants au maximum peuvent être connectés à la ligne (là encore, c'est la plus petite unité d'installation). Aucune alimentation n'est nécessaire car les participants trouvent leur source électrique sur le 230 V du réseau électrique.

Les lignes sont reliées entre elles grâce à des coupleurs systèmes sur une ligne principale , et au total, le système courant porteur KNX peut connecter 8 zones composées de 15 lignes maximum sur lesquelles peuvent être connectés 255 participants. Les filtres de vérrouillage de bandes (coupleur de zone) permettent de connecter les zones entre elles .

3.3.2.b Technologie de transmissionLe système courant porteur utilise le réseau de câbles originel qui n'est pas adapté aux

transmissions d'information. Ainsi, les impédances, les interférences et la conduite de transmission sont des paramètres non maîtrisés. Néanmoins, il est possible de réaliser un transfert fiable et rapide de l'information. Le système fonctionne de manière bidirectionnelle en opération semi – duplex (chaque participant peut envoyer et recevoir des messages). La bande de fréquences utilisée est comprise entre 95 et 125 kHz (en accord avec le standard EN 50065). Le '0' logique correspond à la fréquence de 115,2 kHz et le '1' à la fréquence de 105,6 kHz. Cela correspond à une modulation de fréquence SFSK (Spread Frequency Shift Keying). Le niveau maximum de transmission est de 116 dBµV. La vitesse de transmission est de 1 200 bit/

Illustration 52: Schéma d'une zone

Illustration 53: Schéma global

Domotique 48

s. Le télégramme met en moyenne 130 ms pour arriver à destination. Un acquittement est envoyé à l'expéditeur si la transmission s'est bien passée. Sinon, au bout d'un certain temps, une retransmission est réalisée.

L'accès au bus s'effectue par la procédure du CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Acces/ Collision Detection).

3.3.2.c Structure du télégrammeLa séquence d'adaptation est utilisée pour la synchronisation des émetteurs et des récepteurs.

La suite des bits est précisément définie : 0101.

3.3.3 Transmission par radio-fréquences

3.3.3.a La topologieDans le cas d'utilisation des radio – fréquences, il n'existe pas de hiérarchie spécifique pour les

participants. Les capteurs et actionneurs peuvent être disposés n'importe où dans la maison. Néanmoins, les trames KNX peuvent être reçues par des participants appartenant à une installation KNX adjacente. C'est

Illustration 55: Schéma de structure

Illustration 54: Schéma électrique

Domotique 49

pourquoi un numéro de série est associé à chaque participant. Celui-ci est transmis lors d'une communication en cours afin d'effectuer une identification. La structure des bâtiments telle que les murs, les meubles ou les plafonds par exemple, limite l'utilisation des signaux. Des répéteurs peuvent augmenter la portée du signal en effectuant une régénération du signal atténué par l'environnement (structurel ou électromagnétique).

On peut aussi coupler un réseau KNX radio – fréquence avec un réseau utilisant un autre média (la Paire Torsadée ou les câbles bus par exemple).

3.3.3.b Technologie de transmissionL'information, contenue dans un signal numérique, doit être modulée sur une porteuse afin que

la transmission puisse se faire sur un média tel que l'espace libre. Il est possible de réaliser une modulation d'amplitude, de fréquence ou de phase (voir même une combinaison de ces dernières modulations). On démodule ensuite la porteuse à la réception afin de récupérer l'information.

Illustration 56: Schéma du télégramme

Illustration 58: Technologies de transmission

Illustration 57: Transmition par radio-fréquences

Domotique 50

Dans le cas particulier de la transmission radio – fréquence KNX, on choisira une modulation de fréquence de type FSK (Frequency Shift Keying). La vitesse de transmission de l'inforation est de 16 384 bits/s et le codage de Manchester est utilisé. La bande de fréquence sur laquelle les transmissions sont effectuées correspond à la bande ISM (Indistrial – Scientific – Medical). La capacité maximale de transmission est de 12 mW.

Concernant l'accès au « média », il existe un cycle de transmission, c'est-à-dire que chaque participant possède un intervalle de temps égale à 0,6 s (sur une durée de 1 minute) pendant lequel la transmission sera possible. On parle de cycle de service à 1 % ( 0,6 / 60 = 1 %). Cela exclut l'existence de collisions.

3.3.3.c Structure du télégrammeUn télégramme est constitué de plusieurs blocs de données séparés par des checksum

(somme de contrôle). Les blocs de données contiennent les informations utiles et les adresses pour acheminer les télégrammes. Les blocs au début et à la fin du télégramme servent à synchroniser les émetteurs et récepteurs entre eux.

– Bloc de données 1 :

Champ de contrôle : 4 bits, renseigne sur la longueur du télégramme, la qualité de la transmission et l'état de la pile du participant.

Numéro de série : 6 bits, identificateur unique du participant programmé dès sa fabrication (ne peut être modifié). Sert aussi à séparer les participants adjacents aux installations de radio – fréquence KNX.

Champ de somme de contrôle : 2 bits, le récepteur l'utilise pour détecter les erreurs de transmission.

– Bloc de données 2 :

Illustration 60: Bloc de données 2

Illustration 59: Bloc de données 1

Conclusion 51

Conclusion

Nous avons tenté à travers ce rapport de présenter notre travail dans son ensemble, et les solutions que nous avons été heureux de découvrir, véritables réponses au Cahier des Charges Fonctionnel qui avait vu le jour dans notre plan de management.

Cette année passée à mener notre projet à terme a été pour nous six l’occasion de comprendre et apprendre à maîtriser l’ensemble des paramètres nécessaires à la gestion de tout projet. En outre, côtoyer des ingénieurs, universitaires et cadres nous a permis de toucher du doigt notre futur métier d’ingénieur. Nous nous sommes effectivement adaptés à un sujet totalement nouveau pour nous et pensons à présent en maîtriser une bonne partie : c’est ce qui constitue ce rapport technique.

Bien évidemment nous nous sommes attachés à nous montrer clairs et concis et espérons l'avoir été. Si toutefois certains points nécessitent un apport de précisions supplémentaire, l'ensemble des membres du groupe Euro Trek pourra y remédier lors de la soutenance orale du 24 juin prochain.

Nous tenons enfin à remercier tous ceux qui ont joué un rôle, de près ou de loin, dans le déroulement de ce projet. Nous pensons notamment à notre équipe encadrante, qui nous à suivi à travers les différentes étapes de la réalisation de ce projet, et aussi à l'ensemble des entreprises ou des particuliers qui nous ont accueilli lors de notre voyage, sans qui ce projet n'aurait pas pu exister.

A Glossaire 52

A Glossaire AITB : association des diplômés de Télécom Bretagne.

Bête à cornes : outil permettant d’identifier les acteurs sur lesquels le système agit, le finalité du

projet et les personnes à qui il rend service.

Cahier des charges fonctionnel (CdCF) : document par lequel le demandeur exprime son besoin

(ou celui qu’il est chargé de traduire) en termes de fonctions de service et de contraintes (norme NF

X50-151).

Développement durable : développement répondant à la fois aux besoins du présent, et ne mettant

pas en danger l’environnement, afin de pouvoir également répondre à d’autres besoins dans le futur.

Le développement durable (ou développement soutenable) est, selon la définition proposée en 1987 par

la Commission mondiale sur l’environnement et le développement dans le Rapport Brundtland : "un

développement qui répond aux besoins des générations du présent sans compromettre la capacité des

générations futures à répondre aux leurs. Deux concepts sont inhérents à cette notion : le concept de

besoins, et plus particulièrement des besoins essentiels des plus démunis, à qui il convient d’accorder la

plus grande priorité, et l’idée des limitations que l’état de nos techniques et de notre organisation sociale

impose sur la capacité de l’environnement à répondre aux besoins actuels et à venir".

Diagramme Gantt : diagramme représentant les besoins d’un projet en ressources en fonction du

temps, par l’intermédiaire d’une liste de tâches.

Diagramme pieuvre : représentation qui permet de regrouper et de mettre en évidence les interactions

entre le système et l’environnement.

Eco-construction : consiste en la création d’un bâtiment doté de technologies lui permettant de respecter

au mieux l’environnement en cherchant à s’intégrer le plus respectueusement possible dans un

milieu en utilisant des ressources naturelles.

Eco-village : agglomération ayant une perspective d’autosuffisance variable et où la priorité est de

redonner une place plus équilibrée à l’homme, en harmonie avec son environnement dans un respect

des écosystèmes présents.

Energie renouvelable : source d’énergie se renouvelant assez rapidement pour être considérée comme

inépuisable à l’échelle de temps humaine.

Energie verte : source d’énergie dont l’exploitation ne produit que des quantités négligeables de

polluants par rapport à d’autres sources.

Glossaire : liste alphabétique placée à la fin d’un ouvrage et donnant les mots du vocabulaire spécialisé

qui y est utilisé.

Laboratoire écologique : concept regroupant toutes les solutions efficaces dans le cadre de notre

projet après une analyse multicritères minutieuse des résultats obtenus tout au long de l’enquête.

Lexians : lettre d’information de Télécom Bretagne.

A Glossaire 53

Livrable : tout résultat, document, mesurable tangible ou vérifiable qui résulte de l’achèvement du

projet.

Maison passive : Le concept de maison passive a été introduit pour faire évoluer l'idée déjà présente de maison à basse consommation d'énergie.

Le terme maison passive provient du fait que ce type de maison utilise des sources d'énergies de manière passive (soleil, vent, géothermie...), en ne réduisant pas les ressources épuisables de l'environnement (pétrole, gaz, charbon...). Elle n'est donc pas passive dans le sens où elle n'utilise pas d'énergie mais dans le fait qu'elle ne contribue pas à la diminution des ressources.

La maison passive se base sur 6 idées principales :

– une très bonne isolation thermique

– une excellente étanchéité à l'air

– une absence de ponts thermiques

– une ventilation double flux

– une utilisation passive de l'énergie solaire

– des appareils ménagers les moins consommateur possible

Maison bioclimatique : Une maison bioclimatique se base sur une utilisation optimal de l'environnement et de la construction pour consommer le moins possible d'énergie.

La démarche bioclimatique consiste à capter un maximum d'énergie du soleil en privilégiant notamment les grandes ouvertures au sud et en les évitant au nord. L'objectif est alors de pouvoir conserver la chaleur reçue durant la journée pour chauffer la nuit en l'absence de soleil. Il est donc nécessaire de prévoir des matériaux sombres dans la maison (une dalle, des matériaux opaques...) pour emmagasiné de la chaleur et une bonne isolation pour stocké cette énergie tout au long des périodes d'obscurité.

Maison positive : Une maison positive produit plus d'énergie qu'elle n'en consomme. Elle consiste à la fois à réduire les consommations d'énergie pour arriver à une maison à basse consommation et à favoriser uniquement l'utilisation des énergies renouvelables pour satisfaire aux besoins en énergie.

Mobile-learning (m-learning) : système mis en place pour faciliter d’une part les cours à distance et

assurer la liaison entre l’école (Telecom Bretagne) et les trekkers d’autre part.

Plan de management : rapport qui met en évidence la manière dont les acteurs du projet s’organisent

en fonction de sa nature et des exigences des clients.

Plan de communication : rapport qui décrit les moyens d’informer les cibles du projet sur celui-ci et

son fil rouge.

Work Breakdown Structure (WBS) : schéma permettant de structurer les tâches de chacun lors de

la réalisation du trajet.

B Bibliographie 54

B Bibliographie[1] Quelques exigence en Europe :

http://www.minergie.fr

http://www.minergie.ch

http://www.passiv.de/

http://www.energieinstitut.at/

http://www.effinergie.org/site/Main/

[2] Les aides financières :

http://www.actu-environnement.com

http://www2.ademe.fr/servlet/getDoc?id=11433&m=3&cid=96

[3] Chauffage au bois :

http://www.itebe.org/portail/affiche.asp?num=258&arbo=1

http://www.agrobois.com/chauffage-au-bois/chauffage-au-bois.php

[4] Chauffage avec des capteurs solaires

http://www.ademe.fr/particuliers/fiches/cesi/rub2.htm

http://www.concept-bio.com/bilan-carbone.php

http://www.lemoneymag.fr/v4/fiche/s_Fiche_v4/0,5382,4475,00.html

www.wikipédia.fr (capteurs solaire, mai 2009)

[5] Alimentation électrique par panneau solaire photovoltaïque

http://fr.wikipedia.org/wiki/Module_solaire_photovolta%C3%AFque#Technologie (mai 2009)

http://www.etapenergie.com/panneau_solaire.html

http://www.ademe.fr/particuliers/Fiches/reseau/rub4.htm

[6] Généralités et appareils domotiques

Les illustrations sont tirées d'une présentation par electrosuisse (Association pour l'électro-technique, les technologies de l'énergie et de l'information) d'un concept de maison incluant de la domotique (Smart Home). Cette présentation nous a été transmise par D. Frossard, de Domo-énergie.

[7] Le protocole EIB/KNX

L'ensemble des schémas tirés du Manuel pour le contrôle du résidentiel et de tertiaire, aux éditions ZVEI

[8] L'ensemble des photos présentées dans ce rapport ont été réalisées lors du voyage par les membres de l'équipe Euro Trek.

http://www.ademe.fr/particuliers/Fiches/reseau/rub4.htm

http://www.etapenergie.com/panneau_solaire.html

http://fr.wikipedia.org/wiki/Module_solaire_photovolta%C3%AFque#Technologie

http://fr.wikipedia.org/wiki/Module_solaire_photovolta%C3%AFque#Technologie

http://www.lemoneymag.fr/v4/fiche/s_Fiche_v4/0,5382,4475,00.html

http://www.concept-bio.com/bilan-carbone.php

http://www.ademe.fr/particuliers/fiches/cesi/rub2.htm

http://www.agrobois.com/chauffage-au-bois/chauffage-au-bois.php

http://www.itebe.org/portail/affiche.asp?num=258&arbo=1

http://www2.ademe.fr/servlet/getDoc?id=11433&m=3&cid=96

http://www.actu-environnement.com/

http://www.effinergie.org/site/Main/

http://www.energieinstitut.at/

http://www.passiv.de/

http://www.minergie.ch/

http://www.minergie.fr/

C Index des retours sur notre Trek 55

C Index des retours sur notre Trek

Retour 1 sur notre Trek : Zürich (Suisse), le 16 avril....................................................................................................7Retour 2 sur notre Trek : Francfort (Allemagne), le 18 avril.......................................................................................8Retour 3 sur notre Trek : Dornbirn (Autriche), le 8 avril.............................................................................................9Retour 4 sur notre Trek : Paris, le 4 avril......................................................................................................................11Retour 5 sur notre Trek : Lausanne, le 6 avril..............................................................................................................17Retour 6 sur notre Trek : Silfiac, le 18 mars.................................................................................................................20Retour 7 sur notre Trek : Lyon, le 5 avril......................................................................................................................24Retour 8 sur notre Trek : Francfort, le 18 avril............................................................................................................25Retour 9 sur notre Trek : Lyon, le 5 avril......................................................................................................................28Retour 10 sur notre Trek, Lausanne, le 6 avril.............................................................................................................30Retour 11 sur notre Trek : Silfiac, le 18 mars...............................................................................................................31Retour 12 sur notre Trek : Silfiac, le 18 mars...............................................................................................................34Retour 13 sur notre Trek : Lyon, le 5 avril....................................................................................................................35

D Index des Illustrations 56

D Index des Illustrations

Illustration 1: Les classes énergétiques...........................................................................................................................3Illustration 2: Les classes énergétiques...........................................................................................................................3Illustration 3: Énergie grise..............................................................................................................................................4Illustration 4: Dioxyde dégagé.........................................................................................................................................4Illustration 5: Exigences énergétiques............................................................................................................................6Illustration 6: Comparaison des différents combustibles de chauffage...................................................................13Illustration 7: Capteurs thermiques installés sur une maison à ossature en bois..................................................14Illustration 8: Principe de la géothermie......................................................................................................................15Illustration 9: Géothermie horizontale..........................................................................................................................16Illustration 10: Géothermie sur nappe..........................................................................................................................16Illustration 11: Réservoir tampon..................................................................................................................................17Illustration 12: Capteurs thermiques............................................................................................................................17Illustration 13: Cycle de fonctionnement d’une pompe à Chaleur...........................................................................18Illustration 14: Les dispositifs utilisés pour un système de chauffage aérothermique.........................................19Illustration 15: Pompe à chaleur air extrait/air neuf...................................................................................................20Illustration 16: Maison du quartier écologique de Silfiac..........................................................................................20Illustration 17: Immeuble du quartier Vauban, Fribourg en Brisgau......................................................................21Illustration 18: Schéma de fonctionnement des panneaux solaires..........................................................................21Illustration 19: Échelle du bruit.....................................................................................................................................23Illustration 20: Exemple de pont thermique................................................................................................................24Illustration 21: Maison à travers une camera thermographique...............................................................................24Illustration 22: Ventilateur pour augmenter la pression intérieur de la maison....................................................25Illustration 23: Schéma d'une VMC double flux avec échangeur haute efficacité.................................................26Illustration 24: Consommation d'énergie liées à la ventilation.................................................................................27Illustration 25: Schéma de principe d'un puits canadien...........................................................................................28Illustration 26: Échangeur d'un VMC double flux......................................................................................................28Illustration 27: Schéma représentant le principe de ventilation naturelle...............................................................29Illustration 28: Température d'une maison..................................................................................................................30Illustration 29: Maison à ossature en bois avec isolation avec de la laine de bois.................................................31Illustration 30: Maison en paille....................................................................................................................................31Illustration 31: Consommation d'une famille de 4 personnes...................................................................................33Illustration 32: Système de récupération d’eau de pluie............................................................................................33Illustration 33: Fenêtre triple vitrage............................................................................................................................34Illustration 34: Gains et perte des différents vitrages.................................................................................................35Illustration 35: Triple vitrage de la maison des Kubiak.............................................................................................35Illustration 36: Principe d'une maison domotisée.......................................................................................................37Illustration 37: Exemple d'interrupteur........................................................................................................................38Illustration 38: Écran de commande.............................................................................................................................39Illustration 39: Électrovannes.........................................................................................................................................39Illustration 40: Thermostat d'asservissement..............................................................................................................40Illustration 41: Interface d'utilisation ergonomique sur un écran tactile ................................................................41Illustration 42: Détecteur de mouvements...................................................................................................................41Illustration 43: MyHomeBox..........................................................................................................................................42Illustration 44: Structure domotique.............................................................................................................................43Illustration 45: Schéma global de MyHomeBox..........................................................................................................43Illustration 46: Schéma de la ligne.................................................................................................................................44Illustration 47: Schéma d'une zone................................................................................................................................44

D Index des Illustrations 57

Illustration 48: Schéma des zones..................................................................................................................................45Illustration 49: Schéma des signaux..............................................................................................................................45Illustration 50: Schéma du télégramme........................................................................................................................46Illustration 51: Schéma d'une ligne...............................................................................................................................46Illustration 52: Schéma d'une zone................................................................................................................................47Illustration 53: Schéma global........................................................................................................................................47Illustration 54: Schéma électrique..................................................................................................................................47Illustration 55: Schéma de structure..............................................................................................................................48Illustration 56: Schéma du télégramme........................................................................................................................49Illustration 57: Transmition par radio-fréquences......................................................................................................49Illustration 58: Technologies de transmission.............................................................................................................49Illustration 59: Bloc de données 1..................................................................................................................................50Illustration 60: Bloc de données 2..................................................................................................................................50

58

Business

Rapport Technique Euro Trek