Soutenance mémoire
Contexte et enjeux liés au changement climatique et aux consommations de chauffage
On sait désormais qu’une modification du climat sur l’ensemble du territoire est prévue d’ici 2050, celle-ci étant causée par les 150 milliards de tonnes de carbone émises par les activités humaines depuis le XIXème siècle. L’équilibre thermique de la terre a été modifié et les températures devraient augmenter de 1,1°C à 6,4°C d’ici 2100 causant des événements irréversibles à l’échelle de plusieurs générations (élévation du niveau de la mer, etc.). Les scientifiques admettent qu’une réduction d’un « facteur 4 » des émissions de CO2 est indispensable à l’échelle nationale et cela, avant 2050. Le secteur du bâtiment fait partie des grands émetteurs de CO2. Il comptabilise à lui seul près de la moitié de l’énergie consommée en France et environ un tiers des émissions nationales (APUR, 2007, [1]). C’est aussi le seul secteur pour lequel il est possible de réduire les émissions et les consommations énergétiques de manière significative. Le chauffage compte à lui seul pour 70% des consommations énergétiques des résidences principales. En parallèle, la question énergétique fait également partie des préoccupations politiques, notamment depuis la loi Grenelle 2 promulguée en juillet 2010. Un des engagements du Grenelle Environnement est « l’amélioration des bâtiments et l’harmonisation des outils de planification en matière d’urbanisme » dont un de ses objectifs est de permettre la construction de bâtiments plus sobres en énergie. Il se traduit par une amélioration technologique dans le neuf et une accélération de la rénovation thermique du parc ancien. De nombreuses études ont montré comment et combien les consommations énergétiques et les émissions de CO2 pouvaient diminuer significativement grâce à des actions d’ordre technologique sur le bâti. Du point de vue des dépenses énergétiques et émissions de CO2, les consommations de chauffage des différentes typologies de tissus urbains sont mises en évidence dans la recherche « Les gisements du développement urbain : Analyse quantitative à l’horizon 2050 des consommations énergétiques et des émissions de CO2 des tissus urbains » (2010, [2]). Concernant le changement climatique, il existe peu d’études et de recherches, tout du moins en France , qui examinent les liens qu’il pourrait y avoir entre la modification du cliamt et les consommations énergétiques. Sachant que l’enjeu de cette partie est d’estimer, grâce à des scénarios prospectifs, les consommations de chauffage en 2050, on peut se poser la question de savoir si d’ici 2050, en France, l’habitat sera-t-il concerné par une baisse de la consommation de chauffage due au réchauffement climatique?
Objectifs de la recherche
Il s’agit donc ici de déterminer les effets de l’évolution des températures sur les consommations énergétiques (et plus spécifiquement les consommations de chauffage) des logements français à partir d’une modélisation quantitative entre 2000 et 2050. Deux variables entrent en jeu : les variations de températures entre 2000 et 2050 (modélisées par l’indicateur DH ) et les caractéristiques constructives des logements. Cette étape de modélisation quantitative est amenée dés le début de l’étude afin de mettre en évidence et de classer les leviers (variables) disponibles pour la diminution des consommations de chauffage des logements et ainsi élabore des scénarios prospectifs à l’horizon 2050 : que deviendraient les consommations de chauffage en 2050 si le parc de logements (caractéristiques et nombre) évoluait suivant la tendance actuelle ? Quels sont les leviers disponibles à l’échelle du logement pour stabiliser ou diminuer les consommations en chauffage ? Répondre à ces questions revient à identifier comment la modification du parc de logements et l’augmentation des températures agissent, à l’échelle temporelle de 2050 et à l’échelle spatiale nationale, sur les consommations en chauffage de l’habitat. La réalisation des scénarios s’appuie sur des hypothèses d’évolution du parc de logements et de l’augmentation des températures etc.
Les étapes de la recherche
Le Projet de Fin d’Etudes se déroule en plusieurs étapes et selon deux modes d’organisation. Dans un premier temps, le sujet est divisé en trois sous-sujets suivant les différentes bases de données à dresser et ils constituent, pour chacun, des tâches individuelles (Accadebled J. (2011) [3], Delavault A. (2011) [4] et Magré D. (2011) [5]). Dans un second temps, une tâche collective vise à regrouper les bases de données obtenues précédemment et établir une modélisation et des calculs cohérents. Trois grandes étapes sont réalisées dont chacune a été subdivisée en tâches.
Etape 1 : Structuration préliminaire du modèle :
– Constitution d’un système de variables relatives au changement climatique et aux consommations de chauffage. Cette tâche consiste à envisager un ensemble de variables ayant des effets sur les consommations de chauffage (variables relatives aux déperditions et aux apports de chaleur pour un logement et aux variations de températures)
– Construction d’un modèle. Cette tâche vise à observer l’évolution des consommations de chauffage en fonction des variations des degrés-heures pour un type de logement.
Etape 2 : Etude et réalisation des bases de données relatives aux variables endogènes
– Interpolation par la pondération inverse à la distance. Cette étape permet d’obtenir les températures des 36590 communes en 2000 à partir de 17 villes de référence, et en 2050 à partir de 22 villes.
– Détermination des degrés-heures. Une fois l’interpolation des températures obtenue, le calcul des degrés-heures permet de modéliser le changement climatique et d’établir le lien entre climat et besoins de chauffage .
– Constitutions de typologies de logements et calculs de leurs besoins de chauffage. Cette partie traite de la constitution de typologies de logements afin de calculer les besoins de chauffage. C travail aborde les questions de caractéristiques constructives des logements, des mitoyennetés, etc.
Etape 3 : Bilan des consommations de chauffage à l’échelle nationale
– Bilan des consommations de chauffage des logements en 2000 : Réalisation du bilan des consommations de chauffage de l’ensemble des logements français en 2000 grâce aux données issues des trois parties réalisés précédemment. On indique ici que les données utilisées pour le parc de logements de 2000 sont issues de données INSEE relatives aux données du parc de logements de 2006.
– Prospective et élaboration de différents scénarios. Cette dernière étape consiste à explorer les scénarios prospectifs de consommations de chauffage en 2050 en fonction de l’augmentation des températures. Il s’agit d’établir des scénarios d’évolution des températures, des rénovations réalisées dans les anciens logements et des améliorations des performances énergétiques des logements neufs construits entre 2000 et 2050 :
o Scénario tendanciel : ce scénario repose sur les tendances actuelles de développement du parc de logements et en parallèle de l’augmentation de la population. Il ne tient pas compte des rénovations qui peuvent être faites sur le parc ancien. Il s’appuie également sur les températures prospectives de 2050 établies à partir d’un modèle tendanciel. Selon l’AIE , un scénario tendanciel est « un scénario où la demande d’énergie évolue dans le futur conformément aux tendances du passé et où aucune politique nouvelle n’est adoptée ».
o Scénario d’évolution modérée des températures et d’évolution tendancielle du parc de logements : ce scénario modélise une augmentation moins rapide des températures qu’actuellement (donc des DH modérés plus élevées que les DH tendanciels) mais l’évolution du nombre de logements reste tendancielle.
o Scénario d’évolution tendancielle des températures et de rénovation des logements construits avant 1974 : dans ce scénario, les logements anciens sont rénovés. Comme le premier scénario, les températures de 2050 sont calculées à partir d’un modèle tendanciel.
o Scénario d’évolution modérée des températures et de rénovation des logements construits avant 1974 : le parc de logements anciens connait des rénovations et les températures augmentent moins rapidement qu’aujourd’hui.
Bilan des consommations de chauffage des logements français en 2000
Le bilan établit ici dépend des caractéristiques constructives des différentes typologies de logements et des températures extérieures. Il permet de mettre en évidence les leviers disponibles à l’échelle des bâtiments afin d’améliorer les performances énergétiques de ces derniers. Il permet également de fixer la base de la comparaison avec les consommations de chauffage en 2050.
Méthode
La troisième partie de ce projet (Accadebled J. (2011, [3]) donne les besoins de chauffage des différentes typologies de logements en fonction des degrés-heures. Ces derniers ont été déterminés à partir des première et deuxième parties (Delavault A. (2011, [4]) et Magré D. (2011, [5]), et ce pour l’ensemble des communes du territoire métropolitain. Il suffit de traduire les besoins de chauffage des 70 typologies en consommations. Le système de chauffage entre ici en jeu puisque c’est grâce à son rendement que l’on peut traduire les besoins en consommations :
Cf = B / r
Avec Cf la consommation en énergie finale, B les besoins et r le rendement du système de chauffage. En connaissant la répartition des typologies de logements pour l’ensemble des communes françaises et leur nombre, on obtient la consommation en chauffage des logements de l’ensemble des communes du territoire.
Hypothèses générales du calcul des consommations de chauffage des logements français en 2000
Le calcul thermique des logements nécessite d’établir au préalable une description fine des caractéristiques constructives et des données climatiques utilisées. La démarche de classement des logements par typologie permet de simplifier la description de l’habitat français mais tend à conserver les variables pertinentes liées au calcul des consommations de chauffage. Dans l’exercice de modélisation et de simplification, deux groupes d’hypothèses ressortent :
– Les hypothèses relatives au climat
– Les hypothèses relatives aux caractéristiques constructives des logements (nature et composition de l’enveloppe, taux de vitrage, etc.) L’ensemble de ces hypothèses sont présentées dans les parties de Accadebled J., Delavault A. et Magré D.
Bilan des consommations de chauffage en 2000 par typologie
L’énergie finale consommée pour le chauffage des logements français en 2000 est égale à 979 TWh, soit 39,2 MWh/an/ménage. D’après Maïzia M. et al. (2010, [2]), les consommations de chauffage en 2000 devraient être de l’ordre de 385 TWh, soit 2,5 fois inférieures à celles estimées ici. Cela s’explique par le fait que le travail effectué ici est théorique et ne reflète pas totalement la réalité. De plus, la simplification des caractéristiques faite sur l’ensemble des résidences principales françaises, grâce à des typologies, augmente l’incertitude des résultats finaux et explique l’écart observé entre le modèle théorique et la réalité. Les consommations sont réparties de manière hétérogène suivant les types de logements et les époques de construction.
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Table des matières
Introduction
1 Contexte scientifique et objectifs de la recherche
1.1 Contexte et enjeux liés au changement climatique et aux consommations de chauffage
1.2 Objectifs de la recherche
1.3 Les étapes de la recherche
2 Bilan des consommations de chauffage des logements français en 2000
2.1 Méthode
2.2 Hypothèses générales du calcul des consommations de chauffage des logements français en 2000
2.3 Bilan des consommations de chauffage en 2000 par typologie
3 Prospective à l’horizon 2050 : les consommations de chauffage des logements français en 2050 suivant les 4 scénarios prospectifs
3.1 Les hypothèses des scénarios climatiques
3.2 La poursuite des tendances démographiques pour les scénarios du parc de logements
3.3 L’évolution des performances énergétiques des logements et des systèmes de chauffage
3.4 Bilan des consommations de chauffage en 2050
3.5 Conclusion des scénarios prospectifs
3.6 Limites relatives à l’élaboration et aux résultats des scénarios
prospectifs proposés
Conclusion générale
Bibliographie
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