Methodologie

Le projet EQUER consiste à développer un outil de simulation simplifiée, permettant de modéliser la construction, l’utilisation, le renouvellement des composants et la déconstruction d’un bâtiment, en tenant compte de la réutilisation et du recyclage éventuels de certains produits. Nous avons choisi de développer un outil informatique pour faciliter les comparaisons de variantes et ainsi constituer une aide à la décision. Les calculs sont basés sur la simulation numérique, pour représenter la réalité de manière plus précise. Un chaînage a été réalisé avec un outil de simulation thermique, COMFIE[#_ftn17 [17]] selon une approche issue de la recherche sur l’échange de données informatiques (norme STEP[#_ftn18 [18]]). Ceci établit le lien entre l'analyse énergétique et l'analyse environnementale. Ainsi, l'énergie n'est plus perçue comme une simple quantité de kWh, mais appréhendée selon une série de critères environnementaux. D'autre part, l'énergie ne concerne pas que le chauffage ou l'éclairage : l'énergie récupérée dans un incinérateur couplé à un réseau de chaleur est prise en compte, ainsi que l'énergie nécessaire à la fabrication des matériaux de construction, au transport généré par le bâtiment ou à l'alimentation en eau potable. Enfin, des aspects non liés à l'énergie (gestion de l'eau, matériaux de construction...) sont pris en compte. Le champ de l'analyse s'est donc véritablement élargi et permet des études plus globales, dont nous donnons quelques exemples à la fin de ce chapitre.

1 Définition de l'unité fonctionnelle

Nous considérons un bâtiment entier, dans une région donnée, sur une durée de vie fixée selon un usage donné (logement, tertiaire...), avec un certain nombre d'occupants. Ce bâtiment doit remplir certains fonctions, en particulier il doit être confortable et sain. La durée d’analyse peut être fixée par l’utilisateur selon le contexte. Une valeur par défaut de 80 ans est proposée.

2 Limites du système

Outre le bâtiment, nous pouvons inclure les impacts induits par la fourniture d'énergie et d'eau, le traitement de l'eau et des déchets ainsi que le transport des matériaux et des personnes. De plus, nous prenons en compte les infrastructures de production d'énergie et de traitement de l'eau, car ces procédés peuvent être localisés dans le bâtiment lui-même, contrairement aux cas des infrastructures pour la fabrication des matériaux et le traitement des déchets. Par exemple, les impacts liés à la fabrication d’une citerne recueillant les eaux pluviales ou d’un capteur solaire photovoltaïque sont pris en compte si ces composants sont inclus dans le bâtiment. Pour être homogène, il est donc logique de prendre également en compte les infrastructures de production d’électricité du réseau, ou de production d’eau potable.

Les limites du système dépendent de l’objectif de l’étude. Si l'objectif est de comparer différents sites pour une construction, il convient d'inclure les transports (par exemple domicile-travail), la gestion des déchets ménagers, les réseaux d'énergie (électricité, gaz, éventuellement chaleur...) et d'eau. Si l'étude se restreint à l'enveloppe et aux équipements du bâtiment, le transport des personnes peut être négligé si toutes les variantes comparées sont équivalentes de ce point de vue.

3 Bilan et profil environnementaux

Le calcul aboutit à quantifier les flux élémentaires sur le cycle de vie des bâtiments de manière à déterminer l'inventaire correspondant à l'unité fonctionnelle définie précédemment. Les sorties finales sont présentées sous la forme d'un profil environnemental, c'est-à-dire une liste d’indicateurs présentés au chapitre 2.

4 Modélisation du bâtiment

Diverses possibilités existent pour la description d'un bâtiment. Un groupe de travail étudie au sein de l'ISO une modélisation généraliste des bâtiments dans le cadre de la norme STEP. Certains éditeurs d’outils de CAO proposent des modèles orientés objets facilitant le chaînage avec des outils d’évaluation technique, en particulier au sein de l’Alliance Internationale pour l’Interopérabilité avec les classes d’objets IFCs (“ Industry Foundation Classes[#_ftn19 [19]] ”). Nous suivons ces évolutions afin de garder pour l’avenir la possibilité de chaînages avec des outils de CAO et d’autres outils techniques (thermique, acoustique, éclairage...). Mais comme aucun modèle standard n’est apparu pour le moment, nous avons élaboré un modèle adapté à l’ACV[#_ftn20 [20]], en distinguant :

• les objets fabriqués en usine : produits (par exemple les briques, les parpaings...) et composants (blocs baies, murs sandwich...) ;
• les objets construits sur site - les sous-systèmes (murs, pièces...), et le bâtiment lui-même ;
• le chantier (construction, rénovation ou démolition).

A chaque objet sont associés des procédés (transport, mise en œuvre, fonctionnement et maintenance, déconstruction) et un “ inventaire ” contenant l’ensemble des flux élémentaires associés : les ressources puisées dans l’environnement et les émissions générées. Une description précise de ce modèle est donnée par Bernd Polster[#_ftn21 [21]].

Le modèle global comporte ainsi des entités correspondant aux objets techniques du bâtiment (matériaux, composants...), aux procédés (transport, processus énergétique, utilisation de l'eau, gestion des déchets...), au site (qualité de l'air ambiant, tri sélectif, transports collectifs...) et aux indicateurs environnementaux (inventaires, compteurs d'énergie et d'eau...). Une description complète des structures de données correspondantes a été établie sous les formalismes définis dans STEP, en particulier EXPRESS (cf. figure suivante).

Les objets sont regroupés dans des classes. Des sous-classes ont été définies pour permettre l'héritage de données ou de méthodes. Une classe très générale, "élément", contient la notion d'inventaire et certaines méthodes de comptabilité des impacts, communes à toutes les entités.

La sous-classe des produits représente les constituants de base, qui ne peuvent pas être décomposés en sous-ensembles. Il s'agit par exemple des matériaux de base, utilisés pour la maçonnerie, les revêtements de murs, etc. La sous-classe des composants correspond à des objets fabriqués, en industrie ou sur place, par combinaison d'éléments plus simples. Elle comprend des objets comme les baies vitrées ou les protections solaires. Ces objets sont définis par leurs constituants de base, par des procédés (construction, démontage, recyclage partiel...).

La sous-classe des sous-systèmes représente des objets plus complexes, formés de produits et/ou de composants, comme les parois ou les fondations. La notion de zone thermique est introduite pour faire le lien avec l'analyse énergétique. A une zone sont associées les consommations d'énergie, d'eau, la gestion des déchets ménagers. Enfin, le bâtiment et le chantier sont deux autres sous-classes comportant, outre leurs constituants, des données supplémentaires (occupation du sol, sources de bruit, processus spécifiques, etc.).

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5 Modèle de bâtiment, structuration des données

Une telle structuration en objets permet de prendre en compte les résultats de travaux sur l'impact environnemental de matériaux ou composants de bâtiment (par exemple ceux effectués par l’Ecole Polytechnique Fédérale de Zürich, l’Université de Karlsruhe...).

6 Recueil des données

Un recensement des données disponibles sous forme d'inventaires a été effectué pour les matériaux de construction, l'énergie (kWh électrique, kWh thermique en sortie de chaudière...), les transports (tonne-km camion, personne-km en voiture individuelle...), les déchets (incinérateur avec ou sans récupération de chaleur et/ou production d’électricité) et l’assainissement des eaux usées. Certaines données manquent dans notre base, en particulier sur la fabrication de certains composants et le traitement de certains déchets.

Les inventaires des procédés prennent en compte les phases amont éventuelles : par exemple dans l’inventaire du kWh utile fourni par une chaudière à gaz, l’extraction et la distribution du gaz sont considérées. Les impacts liés aux infrastructures sont comptabilisés s’ils sont importants. Par exemple, les inventaires de transport tiennent compte de la construction et de l’entretien des réseaux, alors que les impacts de la construction des usines de fabrication des matériaux et composants sont considérés comme négligeables. Les déchets ménagers peuvent être recyclés ou incinérés, avec ou sans récupération de chaleur. L’inventaire correspondant est calculé en fonction de données fournies par l’utilisateur (rendement de la valorisation énergétique, énergie substituée...).

Les inventaires utilisés par le logiciel EQUER sont issus des bases de données fournies par l’École polytechnique de Zürich et l’Université de Karlsruhe. Ils se présentent sous la forme de fichiers Excel dans lesquels chaque colonne contient les flux élémentaires correspondant à un procédé (fabrication d'un matériau, procédé énergétique...). Le nombre important de ces flux (environ 400) rend la manipulation de ces fichiers très lourde. Pour simplifier leur utilisation, nous passons par un stade intermédiaire dans lequel les inventaires sont stockés sous forme agrégée. Cette agrégation a pour but de condenser les informations en les regroupant par thèmes auxquels correspondent les indicateurs définis au chapitre 2. Nous en considérons 12 pour l’instant (cf. le tableau suivant).

LISTE DES THÈMES ENVIRONNEMENTAUX CONSIDÉRÉS
Liste des thèmes	Unités
Epuisement des ressources	-
Consommation d’énergie primaire	MJ
Consommation d’eau	kg
Acidification	kg SO2 eq
Eutrophisation	kg PO43- eq
Réchauffement global (GWP100)	kg CO2 eq
Déchets non radioactifs	kg
Déchets radioactifs	dm3
Odeurs	m3
Ecotoxicité aquatique	m3
Toxicité humaine	kg
Ozone photochimique (smog)	kg C2H4 eq

7 Précisions sur les calculs

7.1 Le transport des produits

L'approche généralement utilisée pour le transport dans l'ACV est basée sur le poids d'une marchandise transportée en ignorant son volume. L'inventaire d'un moyen de transport se réfère dans ce cas à un "tonne-kilomètre". On calcule les nuisances liées au transport d'une marchandise en multipliant son poids avec la distance parcourue et avec l'inventaire du moyen de transport (en tonne-kilomètre). Les inventaires de la base Oekoinventare tiennent déjà compte des taux de charges. Le taux de charge est défini comme le ratio entre la charge effective et la charge maximale qu'un véhicule peut transporter. C'est une moyenne sur la distance totale parcourue qui tient compte des retours vides. Le tableau suivant montre des taux de charges pour différents moyens de transport (base Oekoinventare).

Pour le transport ferroviaire, la consommation d'énergie et les émissions sont rapportées dans l'étude aux tonnes kilomètres bruts (multiplication des kilomètres effectués avec le poids des trains et des biens transportés), et pas au taux de charge. Par conséquent, la relation entre poids brut et poids net est déterminante, pas le ratio entre la charge effective et la charge maximale. Fritsche et al.²² considèrent que le taux de charge pour le transport ferroviaire est de 50 à 56 %.

Les taux de charges par moyen de transport

moyen de transport	taux de charge
camionnette (jusqu'à 3.5 tonnes de charge)	50 %
camion entre 3.5 et 16 tonnes de charge	50 %
camion entre 16 et 28 tonnes de charge	50 %
camion entre 28 et 40 tonnes de charge	50 %
transport par chemin de fer	non défini
bateau de haute mer	65 %
bateau fluvial	70 %

L'étude citée a relevé que les effets indirects (construction et entretien des réseaux) ne peuvent pas être négligés pour le transport. Mais l'étude se limite à l'approche par tonne-kilomètre. Or la densité des composants transportés peut beaucoup varier (par exemple entre un isolant thermique et des briques), par conséquent nous considérons que l'approche par tonne-kilomètre n'est pas adaptée au secteur du bâtiment. Nous proposons plutôt une approche basée sur la charge d'un moyen de transport. Cette charge représente, selon la densité de la marchandise transportée, soit le poids soit le volume pouvant être transporté. Les inventaires pour le transport sur un kilomètre correspondent à une charge pleine. La partie attribuée au bâtiment est déterminée par la relation entre le poids ou le volume de la marchandise et la charge pleine du moyen de transport : en fonction de la densité du matériau transporté, soit le volume soit la charge maximale du camion sera atteint et la charge considérée dans le calcul est la valeur maximale entre la charge massique et la charge volumique.

7.2 Le recyclage

Si la collecte et le transport ne génèrent pas d'impact trop important, le recyclage des produits mène à une réduction des impacts environnementaux, concernant par exemple l'utilisation de ressources ou la création de déchets. En effet, par rapport à un procédé de fabrication le procédé de recyclage d'un produit consomme en général moins d'énergie et génère moins d'émissions. Par exemple, la fabrication de l'acier à partir de la ferraille nécessite approximativement la moitié de l'énergie nécessaire à sa fabrication à partir de minerai de fer [HABER92][#_ftn23 [23]]. Le premier procédé émet environ deux fois moins de CO₂ et dégage environ 280 kg de déchets en moins par tonne d'acier comparé au procédé sans recyclage. Du minerai de fer est aussi économisé pour les générations á venir et la ferraille ne remplit pas les décharges. Le béton est un autre exemple. Le granulé, obtenu par le procédé de recyclage, peut être utilisé pour la construction de routes, ce qui évite l'utilisation d'autres ressources, telles que le gravier.

Ces deux exemples illustrent deux aspects différents du recyclage pour les matériaux de construction. L'acier est un exemple pour le recyclage en boucle fermée tandis que le béton est un exemple pour le recyclage en boucle ouverte[#_ftn24 [24]]. Dans le premier cas, un matériau peut être utilisé pour la même application après son recyclage tandis que dans le second cas, il servira dans une autre application. Ceci concerne à la fois des matériaux qui ont été dégradés pendant leur utilisation ou le procédé de recyclage, et des composants à base de plusieurs constituants et pour lesquels une séparation des constituants n'est pas possible après leur utilisation. C'est le cas pour le béton. La vitre est un autre exemple permettant de distinguer les deux aspects. Si on la fondait et en refaisait une nouvelle vitre, cela serait considéré comme du recyclage en boucle fermée. Par contre, si la qualité du verre ne permet que la fabrication des bouteilles (ce qui est actuellement le cas), on parle de recyclage en boucle ouverte.

La réutilisation d'un produit est traitée comme le recyclage en boucle fermée puisqu'il s’agit d’une utilisation pour le même usage. Nous comprenons par réutilisation le fait que le matériau peut être réutilisé dans le même bâtiment ou dans un autre bâtiment sans qu'il subisse de processus de transformation[#_ftn25 [25]]. Par exemple, la vitre d'une fenêtre peut être réutilisée après la fin de la durée de vie de la fenêtre dans une nouvelle fenêtre sur le même site ou dans un autre bâtiment. Dans ce cas, il y aura des impacts dus à sa réutilisation (par exemple le remplacement du mastic). Le recyclage est par contre un processus où le matériau est temporairement transformé dans un autre état (souvent fondu). Un composant avec plusieurs constituants (par exemple une fenêtre) peut être réutilisé mais pas recyclé. On ne peut recycler ses constituants qu'après le démantèlement du composant.

7.2.1 Le recyclage des matériaux de construction

Pour réduire la quantité de matières premières nécessaire à la fabrication d'un bâtiment et celle mise en décharge après la démolition, les solutions architecturales faisant appel aux matériaux et composants recyclés et permettant leur recyclage en fin de vie doivent être favorisées. Nous définissons de ce fait les exigences suivantes auxquelles le modèle du recyclage doit se conformer :

1 – il doit récompenser le recyclage au début et en fin de cycle de vie d'un bâtiment ;

1 – il doit éviter le déplacement de la pollution en dehors d'un bâtiment.

Nous avons décidé de permettre l'utilisation des moyennes statistiques pour un composant particulier[#_ftn26 [26]]. Par exemple, si 50 % des fenêtres sont réutilisées alors l'impact moyen d'une fenêtre particulière sera calculé comme la moyenne entre l'impact d'une fenêtre neuve et celui d'une fenêtre réutilisée, même si cela ne correspond pas à la réalité physique. Après la démolition d'un bâtiment, un certain pourcentage des fenêtres peut être restauré et réutilisé dans un autre bâtiment. Ainsi, la possibilité de ne démonter qu'une partie dans ses constituants initiaux est incluse dans la description d'un composant. En conséquence, pour un constituant donné, la quantité utilisée durant la fabrication d'un composant peut être différente de celle obtenue après le démontage du composant. Il est donc nécessaire de distinguer les calculs des inventaires pour a) la fabrication et b) le traitement après usage.

L'étude bibliographique nous a seulement permis de trouver une approche généralisée, présentée par Kohler [KOHLER91][#_ftn27 [27]], [KOHLER94][#_ftn28 [28]]. Elle ne distingue pas le recyclage en boucle fermée ou ouverte.

Nous présentons en premier lieu l'approche citée, que nous avons nommé "classique". Ensuite, nous développons notre approche de la prise en compte des effets du recyclage, en boucle fermée puis en boucle ouverte. Une discussion de l'approche termine le paragraphe sur le recyclage des matériaux de construction.

7.2.1.1 L'approche classique

Cette approche [KOHLER93][#_ftn29 [29]] postule que le recyclage d'un matériau en fin de cycle de vie ne crée des impacts évités que dans le nouveau matériau où la matière recyclée sera utilisée. Le recyclage n'agit donc pas d'une manière positive pour le matériau étudié, mais il amoindrira les effets de la fabrication d'un nouveau matériau à base de matière recyclée. Le recyclage d'un matériau évitera, selon l'approche, simplement que la partie recyclée soit comptée au niveau du traitement après usage.

Les équations correspondant à cette approche sont présentées ci-dessous. Nous supposons une construction avec un matériau contenant une partie r_f de matière recyclée. Nous prévoyons de recycler une partie r_t de ce même matériau en fin de cycle de vie. Nous définissons en plus la partie i du matériau qui, en fin de cycle de vie, sera incinérée et la partie d qui ira à la décharge. Les inventaires associés sont : I_n pour la fabrication à partir de matière neuve (nécessaire s'il n'y avait pas de recyclage), I_r pour le recyclage, I_i pour l'incinération et I_d pour la mise en décharge.

L'équation pour l'inventaire de fabrication I_f s'écrit de la manière suivante[#_ftn30 [30]] :

I_f = r_f ^. I_r + (1 - r_f) ^. I_n = I_n + r_f ^. (I_r - I_n) (1)

et celle pour l'inventaire de traitement après usage I_t est alors :

I_t = i ^. I_i + d ^. I_d (2)

avec : i + d + r_t =1

Dans l'équation (1), le terme r_f ^. (I_r - I_n) représente l'impact évité de construction. Il est dû à l'utilisation de la partie r_f de matière recyclée.

L'approche ne tient compte qu'indirectement du recyclage en fin de vie car la partie recyclée r_f n'entre pas dans le calcul. Ainsi, l'effort de construire en facilitant le recyclage des matériaux en fin de leur vie ou de celui du bâtiment n'est pas récompensé dans le modèle de traitement après usage. Par conséquent, elle ne satisfait pas à notre première exigence. Ceci est regrettable, car il semblerait qu'une conception prévoyant le recyclage ultime créerait davantage de nuisances durant la phase de construction par rapport à une conception ne faisant pas attention à cet aspect. Par exemple, ces constructions devraient éviter les matériaux composites qui ne sont que difficilement séparables. Cette renonciation pourrait nécessiter une quantité accrue de matériaux facilement séparables en fin de vie.

Une récupération des matériaux pour les recycler n'est possible que si l'étape de démolition se fait sous forme d'une déconstruction sélective nécessitant une quantité plus élevée d'énergie par rapport à la démolition standard. Pour récompenser ces efforts et cette stratégie de prévention des impacts futurs, nous préconisons de distribuer l'impact évité de recyclage différemment. L'approche pour le recyclage en boucle fermée est développée ci-après.

7.2.1.2 Le recyclage en boucle fermée

Comme déjà exprimé précédemment, l'effet positif du recyclage, considéré comme impact négatif ou impact évité, peut être exprimé de la manière suivante pour une partie recyclée r :

r ^. ( I_r - I_n ) (3)

Le recyclage peut avoir lieu en début et à la fin du cycle de vie, mais il ne faut compter qu'une seule fois l'effet positif (3), car il doit être reparti entre le bâtiment étudié, le bâtiment d'où provient le matériau recyclé et celui où il sera mis en oeuvre. Par conséquent, il ne peut être compté qu'une seule fois si on veut éviter, selon notre deuxième exigence, le déplacement de la pollution en dehors du système d'un bâtiment.

Suite à notre première exigence, nous avons décidé de partager à parts égales l'impact évité entre les deux phases concernées. De ce fait, les équations suivantes sont appliquées à la phase de construction et au traitement après usage :

I_f = I_n + ( r_f / 2 ) ^. ( I_r - I_n ) (4)

I_t = i ^. I_i + d ^. I_d + ( r_t / 2 ) ^. ( I_r - I_n ) (5)

on rappelle que : i + d + r_t =1

Le nombre de cycle est en général limité, même pour un recyclage en boucle fermée. Si n est le nombre maximal de cycle de recyclage, le taux maximal de recyclage r_m est n/(n+1). Ce taux maximal est le complément à 1 du taux minimal de renouvellement de matière durant un cycle, égal à 1/(n+1). L'existence de ce taux minimal, quand n est un nombre fini, provient du fait qu'il est impossible de recycler la totalité d'un matériau en fin de vie. Ainsi, une partie de celui-ci est mise en décharge ou incinérée. Pour avoir la même quantité de ce type de matériau dans un nouveau cycle il est nécessaire d'ajouter de la matière neuve en début du cycle, à proportion du taux minimal de renouvellement de matière. Ce taux exprime la faisabilité technique en matière de recyclage d'un matériau et il doit être respecté dans un cas réel. Nous le vérifions par l'inégalité suivante :

(r_f+r_t)/2 £ n/(n+1) = r_m (6)

Elle signifie que si le taux moyen de recyclage pour un matériau du bâtiment en étude dépasse r_m il y aura un déplacement de la pollution vers les bâtiments "en amont" ou "en aval".

Par exemple, si r_f = r_t = 1 avec un nombre fini de recyclage possible et en cas d'équivalence de quantités au début et en fin de cycle de vie, il n'y aurait d'après les équations (4) et (5) qu'un impact de recyclage mais pas d'impact de fabrication, ni d'incinération, ni de mise en décharge. Or, puisque le nombre de cycles est limité, il faut soit de temps en temps fabriquer entièrement la quantité du matériau et le gérer en tant que déchets soit ajouter une partie neuve durant chaque cycle ce que nous considérons. Les impacts correspondants de la fabrication, de l'incinération et de la mise en décharge seront alors affectés aux bâtiments en amont et en aval, ce qui représente un déplacement de la pollution.

Ce déplacement possible de la pollution n'étant pas considéré dans l'approche classique, nous l'évitons par une imputation des impacts appropriés au bâtiment étudié. Ceci répond à notre deuxième exigence.

Si la condition posée par l'inégalité (6) n'est pas respectée, il faut ajouter un terme correctif. Ce terme est ajouté à l'inventaire de construction (équation (4)) car nous considérons qu'il doit s'appliquer à la quantité totale d'un matériau. Il dépend de la somme des taux d'incinération et de mise en décharge, de la façon suivante :

si i + d > 0, le terme correctif est égal à :

[ ( r_f + r_t ) / 2 - n / ( n + 1 )] ^. [ I_n + ( i ^. I_i + d ^. I_d ) / ( i + d )] (7)

si i + d = 0, il est égal à :

[ ( r_f + r_t ) / 2 - n / ( n + 1 )] ^. [ I_n + ( I_i + I_d ) / 2] (8)

Le terme correctif représente l'impact de fabrication et du traitement après usage de la partie recyclée d'un matériau dépassant le taux maximal de recyclage. L'impact supplémentaire du traitement des déchets ultimes est pondéré, si possible, avec les taux i et d.

7.2.1.3 La réutilisation

Il a déjà été exposé que la réutilisation est traitée comme le recyclage en boucle fermée. Par conséquent, nous ne présentons ici que les équations qui s'appliquent dans le cas où il y a à la fois recyclage en boucle fermée et réutilisation. Les équations pour la phase de fabrication et de traitement après usage sont les suivantes :

I_f = I_n + ( r_f / 2 ) ^. ( I_r - I_n ) + ( u_f / 2 ) ^. ( I_u - I_n ) (9)

avec : r_f + u_f £ 1

I_t = i ^. I_i + d ^. I_d + ( r_t / 2 ) ^. ( I_r - I_n ) + ( u_t / 2 ) ^. ( I_u - I_n ) (10)

avec : i + d + r_t + u_t = 1

Le taux de réutilisation durant la fabrication est exprimé par u_f et celui pour le traitement après usage par u_t. L'inventaire du procédé de réutilisation est représenté par I_u.

La condition à respecter pour éviter le déplacement de la pollution s'écrit de la manière suivante avec comme t le nombre maximal de cycle de réutilisation possible :

(r_f + u_f + r_t + u_t)/2 £ (n + t )/(n + t + 1) (11)

Si la condition (11) n'est pas respectée, le terme suivant doit être joint à l'équation (9), en dépendant des taux d'incinération et de mise en décharge :

si i + d > 0, il est égal à:

[(r_f + u_f + r_t + u_t)/2 - (n + t ) / (n + t + 1)] ^. [I_n + ( i ^. I_i + d ^. I_d ) / ( i + d )] (12)

si i + d = 0, il est égal à :

[(r_f + u_f + r_t + u_t)/2 - (n + t) / (n + t + 1)] ^. [ I_n + ( I_i + I_d ) / 2] (13)

L'introduction de la contrainte sur le taux maximal de recyclage pourrait dans certains cas spécifiques de la réutilisation affecter plus d'impacts à un bâtiment qu'il en induit en réalité. On peut mettre en évidence ce fait par un exemple extrême mais très illustré. Considérons trois bâtiments construits successivement chacun après la fin de vie du précédent. Des tuiles neuves sont utilisées dans le premier bâtiment et elles sont réutilisées dans les deux bâtiments suivants. Elles sont mises en décharge après la démolition du troisième bâtiment. Nous supposons que le nombre maximal de cycle de réutilisation est 2. La contrainte posée (condition (6)) est assurée pour le premier bâtiment :

(r_f+r_t)/2 = (0+1)/2 = 0.5 £ 0.6666 = 2/(2+1) = n/(n+1)

et le dernier bâtiment :

(r_f+r_t)/2 = (1+0)/2 = 0.5 £ 0.6666 = 2/(2+1) = n/(n+1)

Mais elle n'est pas assurée pour le deuxième bâtiment :

(r_f+r_t)/2= (1+1)/2 = 1 > 0.6666 = 2/(2+1) = n/(n+1)

Par conséquent, on lui attribuerait, et seulement à lui, le terme correctif. Ce dernier représente un impact surnuméraire car tous les impacts dus à la fabrication, la réutilisation et la mise en décharge des tuiles sont déjà attribués aux trois bâtiments. Par conséquent, pour éviter qu'un impact soit compté en trop la contrainte n'est pas appliquée dans le cas où un matériau peut être réutilisé en fin de vie du bâtiment si sa durée de vie dépasse la durée de vie du bâtiment, multiplié par le nombre maximal de cycles de réutilisation.

7.2.1.4 Le recyclage en boucle ouverte

Dans le cas du recyclage en boucle fermée, les procédés de fabrication neuve et du recyclage sont les mêmes pour les phases de la fabrication d'un matériau et de son traitement après usage. De ce fait, les inventaires I_r et I_n ne changent pas pour les deux phases. Par contre, dans le cas du recyclage en boucle ouverte, ces procédés sont différents pour les deux phases.

La même démarche que pour le recyclage en boucle fermée est appliquée. L'impact évité (terme (3)) de recyclage est réparti à parts égales á la phase d'utilisation et à celle du traitement après usage. A cause des différences de procédés pour les deux phases, on n'applique que l'équation (4) telle quelle pour la fabrication d'un matériau de construction. Dans cette équation, le procédé de recyclage d'un produit devenant après recyclage en boucle ouverte un matériau de construction est représenté par l'inventaire I_r.

Pour le traitement après usage on utilise l'équation suivante :

I_t = i ^. I_i + d ^. I_d + ( r_t / 2 ) ^. ( I_r' - I_n' ) (14)

Dans l'équation (14), I_r' caractérise le recyclage en boucle ouverte d'un matériau de construction vers un autre produit (pour une autre application). L'inventaire I_n' décrit dans ce cas le procédé de fabrication neuve du produit remplacé par le matériau de construction recyclé.

Pour le recyclage en boucle ouverte, aucun taux maximal de recyclage théorique ne peut être défini. Par conséquent, aucune condition n'est formulée. Cependant, le taux de recyclage pour ce type de recyclage peut être limité par des applications en aval ou par la production en amont, mais nous n'avons pas tenu compte de ces aspects dans notre travail.

On peut citer pour le premier cas le recyclage des menuiseries PVC des fenêtres. Leur quantité totale recyclable (secteur du bâtiment) pourrait dépasser les applications possibles du PVC recyclé. La production du gypse dans une unité de lessivage des fumées[#_ftn31 [31]] d'une centrale thermique est un exemple pour le deuxième cas. La quantité produite pourrait être inférieure par rapport à la quantité utilisable dans le secteur du bâtiment.

S'il y a recyclage en boucle ouverte au niveau de la fabrication d'un matériau et recyclage en boucle fermée pour son traitement après usage, ou vice versa, nous traitons chaque phase avec les approches appropriées. Une vérification de l'inégalité (6) n'est pas nécessaire, car elle est toujours assurée. En effet, l'un de deux taux r_f ou r_t est nul du fait que le taux du recyclage en boucle ouverte n'intervient pas, en conséquence :

(r_f+r_t)/2 £ ½

D'autre part n est toujours supérieur ou égal à 1 et en conséquence :

n/(n+1) ³ ½

Donc, l'inégalité (6) est vérifiée dans ce cas.

Si le recyclage en boucle ouverte et en boucle fermée coexistent pour une phase, on applique l'équation (4), élargie par des termes pour le recyclage en boucle fermée, pour la phase de fabrication. Pour le traitement après usage, on utilise l'équation (5) plus le dernier terme de l'équation (14). La condition (6) doit être vérifiée pour la partie concernant le recyclage en boucle fermée. De même, si la condition n'est pas respectée, le terme correctif (7) ou (8) (selon le cas) est ajouté à l'équation pour la phase de fabrication.

7.2.1.5 Discussion critique de l'approche développée

Des comparaisons entre l'approche classique et l'approche développée montrent des différences non négligeables entre les deux approches. Ces différences sont nulles si les pourcentages de recyclage en début et en fin de vie d'un matériau et ses quantités sont les mêmes. Par contre, elles sont très fortes dans le cas où il y a de grandes différences entre les taux de recyclage en début et en fin de vie.

On constate que l'approche développée est conforme aux exigences de départ. Elle évite, au moins pour le recyclage en boucle fermée, le déplacement de la pollution en dehors du bâtiment étudié. Elle ne donne pas de bonus mais son principe permet une évaluation simple et rigoureuse de l'impact évité.

Puisque la réalité est toujours plus complexe qu'un modèle simple, l'approche a aussi ses limites. Elle ne prévoit pas de tenir compte d'une manière appropriée, du cas du recyclage en début de cycle de vie d'un bâtiment d'un produit A qui provient d'un autre procédé où elle est créée comme déchet inévitable et en quantité abondante et qui remplace un matériau B. Un exemple est le gypse issu d'une unité de lessivage des fumées dans un contexte où la fabrication d'électricité est essentiellement assurée par des centrales utilisant des combustibles fossiles. Dans ce cas, seul la création de gypse pour le lessivage des fumées devrait être compté et pas la fabrication du gypse remplacé. Dans l'application de la méthode, ce problème peut être résolu en définissant comme inventaire de fabrication le même que pour le recyclage.

La principale critique de l'approche développée porte sur le fait que la durée de vie d'un bâtiment est très longue et qu'il est impossible de prévoir durant sa conception ou sa construction quelles seront les techniques utilisées pour sa démolition ou sa déconstruction et les taux des matériaux recyclés. De ce fait, les impacts du recyclage réels ne pourraient pas être déterminés. Cette critique, venant de l'approche classique, néglige que des pourcentages sont donnés dans l'approche classique pour la mise en décharge et l'incinération. On ignore, comme pour le recyclage, quelles seront les techniques d'incinération ou de mise en décharge au moment de la démolition ou déconstruction d'un bâtiment ainsi que leurs impacts sur l'environnement.

Un avantage de notre approche est qu'elle incite les décideurs à réfléchir dès la conception d'un bâtiment sur la possibilité de recycler les matériaux en fin de vie. De ce fait, s'ils veulent bénéficier de la gratification des impacts évités en fin de vie, ils devront écarter les solutions techniques qui ne sont actuellement pas recyclables, comme des cloisons où plusieurs composants sont collés ensemble. Cela ne peut que contribuer à mettre en évidence la responsabilité que les bâtisseurs actuels ont envers les générations futures qui seront obligées de s'occuper du traitement ultime des constructions actuelles.

7.2.2 Le recyclage des déchets ménagers

Un bâtiment peut être conçu de manière à favoriser le tri des déchets ménagers et ainsi réduire l'impact de leur traitement. Cependant, la prise en compte des impacts créés par des déchets ménagers ne peut pas se limiter à leur simple traitement. Ceci s'explique par le fait que la seule prise en compte des impacts évités du recyclage ou de l'incinération pourrait conduire à des impacts négatifs croissants en cas d'augmentation de la quantité des déchets ménagers créés. Il est donc nécessaire de tenir également compte de la fabrication des biens qui deviennent après utilisation des déchets ménagers.

Le secteur du bâtiment n'a pas d'emprise sur la fabrication des produits devenant des déchets ménagers. Par conséquent, le modèle développé pour le recyclage des matériaux de construction, partageant les effets positifs du recyclage entre les phases de fabrication et du traitement après usage, ne peut pas être appliqué aux déchets ménagers. A ce titre nous considérons premièrement un inventaire fixe I_f pour la fabrication des biens qui deviennent des déchets ménagers. Deuxièmement, nous avons décidé d'attribuer totalement l'impact évité de recyclage, exprimé par le terme (3), au traitement des déchets ménagers. Ceci mène à l'équation suivante pour cette étape :

I_t = i ^. I_i + d ^. I_d + r_t ^. ( I_r - I_n' ) (15)

Dans l'équation (15) I_r représente l'inventaire de recyclage des déchets ménagers et I_n' décrit l'inventaire de fabrication neuve des produits remplacés par les déchets ménagers recyclés.

Nous ne posons pas de contrainte en ce qui concerne un taux maximal de recyclage puisque seule la partie du traitement de déchets ménagers est prise en compte. Pour cette partie l'inégalité (6) est toujours assurée, car le taux pour la phase de fabrication est négligé du fait qu'on considère un inventaire fixe.

8 Développement du logiciel

La description d'un bâtiment s'effectue à partir des logiciels ALCYONE et PLEIADES-COMFIE[#_ftn32 [32]]. Pour effectuer l’analyse de cycle de vie d’un projet de bâtiment avec EQUER, il faut au préalable avoir effectué une simulation thermique par Pleiades-Comfie. En chargeant le projet sous EQUER, les consommations de chauffage (éventuellement de climatisation) calculées par PLEIADES-COMFIE sont transmises à EQUER, ainsi que toutes les données d’entrée nécessaires aux calculs thermiques comme la géométrie de l’enveloppe et sa constitution. Des variables supplémentaires sont demandées (cf. chapitre 1) : consommation d’eau, gestion des déchets ménagers (tri du verre, du papier, mise en décharge ou incinération, éventuellement avec récupération d’énergie) et, si l’application le nécessite, distances de transport (domicile-travail, domicile-commerces...).

Des valeurs par défaut permettent d'éviter la saisie de trop nombreux paramètres. Il s'agit par exemple de la consommation d'eau chaude et froide par personne selon le type de bâtiment (logement, tertiaire...), de la température d'eau chaude désirée, de la température d'eau froide en fonction de la latitude. Des valeurs par défaut sont définies de même dans les autres domaines (distances de transport vers le travail et les commerces en fonction du site - urbain, banlieue, rural, isolé -, mode de transport, etc.).

La structure de données EQUER est alors constituée dans un fichier type STEP, où les valeurs des paramètres peuvent être modifiées si elles sont différentes des valeurs par défaut. A partir de ce fichier est créée automatiquement une structure d'objets représentant le bâtiment. Le calcul des inventaires peut alors être effectué grâce aux méthodes associées à chaque objet, selon les procédures de simulation présentées dans la figure suivante. Le bâtiment est simulé sur la phase d'utilisation avec un pas de temps d'un an. Le remplacement des composants et/ou de leurs constituants éventuels est effectué automatiquement grâce à des compteurs d'âge inclus dans les objets.

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8.1 Principe du calcul de l'inventaire général

La sortie du logiciel est présentée sous forme d’éco-profil, avec la possibilité de visualiser la contribution de chaque phase (construction-utilisation-rénovation-démolition) et de comparer jusqu’à 4 variantes d’un projet. Le profil environnemental issu de cette évaluation comporte un nombre assez grand d'indicateurs (une douzaine).

Certaines méthodes sont proposées pour déduire un indicateur global de performance environnementale. Une approche consiste à pondérer les émissions en fonction des objectifs de réduction définis par les décideurs politiques, par exemple la méthode suisse des écopoints ou l'approche hollandaise Ecoindicator, basée sur l'hypothèse que les impacts sur l'homme ont un poids de 95%. Ces approches comportent toutes une part de subjectivité, et nous avons préféré pour le moment conserver un profil multi-indicateurs, que chaque décideur peut interpréter en fonction du contexte. La priorité accordée aux différents thèmes peut en effet varier selon les régions (qualité de l’air dans les zones très urbanisées, disponibilité de l’eau...) et selon la sensibilité des acteurs.

9 Limites de la méthodologie

L’ACV ne porte que sur les aspects quantifiables de la qualité environnementale. Les appréciations plus subjectives concernant l’esthétique ou la qualité de la vie ne sont donc pas abordées. En ce qui concerne la santé, l'indicateur de toxicité humaine est évalué en considérant la population totale du globe et une dilution moyenne des polluants dans l’atmosphère. Il ne dépend pas du lieu d’émission (densité de population, vents dominants...). Mais celui-ci n’est en général pas connu car un concepteur ne sait en général pas dans quelle usine les matériaux de construction qu’il prescrit seront fabriqués. Des indicateurs un peu plus détaillés sont proposés (émission de métaux lourds, émission de substances cancérigènes, smog d’hiver et smog d’été) mais ceci ne résout pas le problème de la localisation des émissions.

Les indicateurs concernant la toxicité humaine correspondent donc, comme les autres indicateurs, à des effets (par exemple l’augmentation de la production d’ozone à basse altitude) et non à des impacts réels (nombre de maladies respiratoires générées ou aggravées). Pour une telle évaluation, il serait nécessaire d’inclure la qualité de l’air intérieur des bâtiments dans l’analyse, ce qui demanderait d’autres catégories de modèles (transferts de masse dans les revêtements de sol et de murs, mouvements d’air...).

Une limite commune à l’ensemble des indicateurs est l’imprécision des évaluations. Il est souvent difficile de connaître la marge d’incertitude sur les données et les résultats, mais elle peut être élevée. Un premier niveau d’imprécision concerne l’évaluation des flux de matière et d’énergie (données d’inventaire). Un deuxième niveau concerne l’agrégation en effets (impacts potentiels), par exemple l’incertitude sur le potentiel de réchauffement global des gaz à effet de serre a été estimée à 35%. Enfin, un troisième niveau concernerait le passage des effets aux impacts. Ce niveau n’est pas envisagé ici car les modèles actuels ne le permettent pas. Il est permis d’espérer dans l’avenir une réduction de ces incertitudes.

Une autre cause d’erreur est liée à la durée de la période d’analyse. Il est par exemple difficile de prévoir l’évolution des techniques de traitement de déchets, en particulier pour la démolition qui peut se produire dans une centaine d’années ou plus. Peut-être vaudrait-il mieux envisager une analyse stochastique, basée sur des scénarios affectés d’une probabilité.

10 Exemple d’application : l’exposition ÉCOLOGIS

Le cahier des charges du concours EcoLogis spécifiait un certain nombre d’exigences de performance environnementale, afin de promouvoir l’application des engagements pris lors de la Conférence de Rio sur l’environnement et le développement.

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Le logiciel EQUER a été utilisé afin d’apporter une aide à la conception à l’équipe lauréate. Ceci a permis de tester l’opérationnalité de l’outil dans le cadre d’un projet expérimental. L’esquisse du lauréat (cf. figure suivante) a été évaluée, puis des variantes ont été proposées, en particulier en ce qui concerne la conception de la véranda et le préchauffage d’air neuf.

Esquisse de la maison réalisée pour l'exposition ÉcoLogis

Il a été conseillé de limiter les surfaces vitrées entre la véranda et le logement, et de choisir un double vitrage à basse émissivité. Une protection solaire appropriée a été ajoutée pour la fenêtre orientée ouest, et il a été conseillé de réduire la surface des lanterneaux préconisés pour tirer parti de l’éclairage naturel dans un couloir. Le logiciel n’a par contre pas permis de sélectionner des matériaux de construction sur la base d’analyses de cycle de vie. En effet, la sensibilité des performances à ce paramètre est faible (sauf pour des composants ayant une influence sur les flux, en particulier énergétiques) par rapport aux incertitudes sur les données et les indicateurs environnementaux.

A l’issue de la phase de conception, une évaluation du projet final a été menée. La performance environnementale d’Écologis est donnée en valeur relative, par rapport à une référence représentant le standard actuel de la construction neuve en Ile de France. La maison de référence a été définie dans le cadre de l’ATEQUE (Atelier d'évaluation de la qualité environnementale des bâtiments, organisé au ministère du logement par le PUCA, Plan urbanisme, construction et architecture), en considérant :

• les statistiques de l’INSEE sur les techniques employées dans la construction (type de maçonnerie, de menuiseries, de toiture, d’équipement de chauffage...) ;

• une conception architecturale représentative (plans fournis par H. Pénicaud).

Pour les deux maisons, un scénario d’utilisation moyen a été défini : chauffage à 19°C, taux de renouvellement d'air de 0,6 volume par heure, gains internes de 400 W, consommation d’eau froide (respectivement d'eau chaude, à 50°C) de 100 litres par personne et par jour (respectivement 40 litres), génération de déchets ménagers de 1 kg par habitant et par jour, dont 12% de verre et 30% de papier. Le transport domicile-travail n’a pas été considéré.

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Les résultats des calculs thermiques montrent que l’ouverture solaire supérieure d’ÉcoLogis, les vitrages à isolation renforcée et l’échangeur de chaleur sur la ventilation permettent une économie d’environ 20% en se rapportant à 1 m² (ÉcoLogis a une surface supérieure à celle de la référence). Le profil comparatif ci-dessous est obtenu en considérant une économie de 50% sur le débit d’eau des équipements sanitaires, une économie de 7% sur la consommation d’électricité (liée à une réduction des besoins en éclairage) et un tri du papier (respectivement du verre) de 40% (respectivement 60%).

Écoprofil de la maison ÉcoLogis relatif au standard actuel

Le potentiel de réchauffement global, en ne considérant que les flux, est donc réduit d’environ 20% (cf. l’axe « serre » du diagramme précédent). Le bilan concernant les matériaux de construction est positif ou négatif selon les critères, et une validation plus poussée de l’outil est nécessaire avant de pouvoir apporter une conclusion définitive. Les études de sensibilité ont montré que la phase de construction a une influence très inférieure à la phase d’utilisation (de l’ordre de 10%), donc le bilan simplifié présenté ci-dessus est une assez bonne approximation du bilan détaillé. Il serait possible de réduire davantage l’impact environnemental par une optimisation thermique encore plus poussée (cf. le standard « maisons passives »), mais l’ÉcoLogis présenté à La Villette constitue une première étape d’amélioration par rapport à la référence.

En ce qui concerne l’ambiance intérieure, les espaces sont bien éclairés, la protection acoustique a été étudiée, et la qualité de l’air est assurée par une ventilation adaptée. Seul le confort thermique est assez problématique, étant donnée la légèreté de la construction (il était impossible d’introduire des matériaux lourds sur le stand d’exposition), la présence de vitrages à exposition horizontale ou verticale ouest et l’absence de protection solaire. Une maison “ virtuelle ” pourrait être définie en dehors du contexte de l'exposition avec une inertie thermique supérieure, des vitrages bien orientés et des protections solaires adaptées.

11 Exemple d’étude : contribution relative des différentes sources d’impact

L’évaluation décrite précédemment a été menée pour une maison individuelle standard, en considérant des moyennes statistiques pour représenter un scénario d'occupation type. Le bâtiment considéré est une maison individuelle de 100 m² située en Ile de France. Il s'agit d'une maison de plain pied, en béton (murs de 16 cm, dalle de 10 cm), isolée par l'extérieur (8 cm dans les murs, 14 cm en plafond, 5 cm sous la dalle), avec 10 m² de vitrage au sud (doubles vitrages). Le chauffage des locaux et de l'eau est assuré par du gaz. La température de consigne pour le chauffage est constante (19°C), les besoins de chauffage sont alors de 8500 kWh/an.

La durée d’analyse du bâtiment a été fixée à 80 ans. Le bâtiment est occupé 300 jours par an par une famille avec deux enfants. La consommation d'électricité (électroménager et éclairage) est de à 3200 kWh/an ce qui correspond à des équipements standards. L'inventaire du kWh électrique (éclairage...) correspond à la répartition française de 1996 entre filières (74% nucléaire, 14% hydraulique, 12% thermique).

Des données moyennes sur les déchets ménagers (quantité et tri) ont été obtenues auprès de l'ADEME. La production de déchets ménagers est de 1 kg par personne et par jour, dont 12% de verre et 30% de papier. Dans le cas de référence, 20% du verre est trié. Les autres déchets sont incinérés sans récupération de chaleur. La consommation d’eau est de 140 litres par jour et par personne, dont 40 litres d’eau chaude.

Les matériaux considérés dans le calcul simplifié présenté ici sont le béton, la laine de verre, le polystyrène, le verre et le bois (pour les menuiseries). Le remplacement des composants n’est pas pris en compte. Le transport des matériaux entre les sites de fabrication et le chantier a été considéré, avec une distance moyenne de 100 km.

Le transport des personnes induit par la situation du bâtiment correspond pour la distance domicile-travail à une moyenne évaluée par l’INESTENE[#_ftn33 [33]], soit 12 km pour l'Ile de France (14 km en moyenne nationale). Cette distance est, dans le cas considéré, effectuée par deux personnes 230 jours par an, l’une en voiture individuelle et l’autre en train (statistiquement, la répartition modale en Ile de France serait de 60% pour les transports en commun et 30% pour la voiture individuelle).

Il est intéressant d’évaluer, dans cette configuration type, la contribution relative des différentes sources d’impact. Cette répartition est différente pour chaque thème environnemental, ce qui peut être observé sur la figure suivante.

Dans ce cas, les trois sources principales d’émission de gaz à effet de serre sont l’incinération des déchets, le chauffage et le transport. Pour le thème « énergie primaire », la contribution de la production d’électricité est la plus importante. Les matériaux de construction ne jouent un rôle significatif qu’en ce qui concerne la production de déchets (lors de la démolition du bâtiment, de sa rénovation et dans une moindre mesure de sa construction).

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Contribution des différentes sources d’impact au bilan global

11.1 Comment améliorer le bilan écologique ?

Après avoir évalué les performances d’une référence statistique, des variantes peuvent être comparées afin de rechercher des améliorations possibles du bilan, à confort et à qualité de vie équivalents. Lorsque le thème de la construction écologique est abordé, les interlocuteurs nous questionnent souvent sur les « matériaux naturels ». Or la figure précédente montre que, dans le cas d'une construction standard actuelle, les matériaux ne contribuent que faiblement à la plupart des émissions. Même si la démarche de réduction des nuisances menée par certains fabricants est intéressante (recyclage, utilisation du bois pour réduire l’effet de serre...), nous avons axé nos priorités sur les sources d’impact les plus significatives. Les variantes considérées sont ainsi les suivantes.

11.2 Réduction des émissions liées au transport domicile-travail

Il est parfois possible de choisir son lieu de résidence pour limiter la distance domicile-travail, et/ou accéder plus facilement au réseau de transport en commun. A partir de l’exemple précédent et toutes choses égales par ailleurs, nous considérons une distance domicile-travail de 2 km et un déplacement en bus pour les 2 personnes (l’usage du vélo pourrait également être étudié, en intégrant l’impact lié à la construction des pistes cyclables).

11.3 Réduction des besoins de chauffage

La réglementation thermique a imposé par trois fois une réduction de 25% des besoins de chauffage des bâtiments (à surface chauffée constante). Mais elle ne s’applique qu’au chauffage des bâtiments neufs, et cette réduction a été compensée par une augmentation des autres dépenses énergétiques, en particulier pour l’électro-ménager.

Une conception architecturale « bioclimatique » permet de réduire encore la consommation pour le chauffage (et dans une moindre mesure pour l’éclairage) en valorisant davantage les gains solaires. L’isolation par l’extérieur, l’emploi de vitrages bien orientés (sud-est à sud-ouest) et à isolation thermique renforcée, le préchauffage de l’air dans une véranda ou dans un échangeur sont des techniques bien au point. Une économie de l’ordre de 40% sur les besoins de chauffage est alors tout à fait réaliste, c’est ce qui a été considéré dans la variante comparée. Ceci peut être complété par l’utilisation d’appareils économes (par exemple des lampes à basse consommation). Il faut noter également qu’un logement collectif, équipé d’un chauffage bien conçu, consomme moins d’énergie pour le chauffage qu’une maison individuelle (car les parois extérieures et donc les déperditions sont réduites).

En ce qui concerne l’effet de serre, nous avons comparé le chauffage au gaz à un chauffage électrique. Le chauffage électrique entraîne un pic de consommation d’hiver qui impose d’avoir recours à des centrales thermiques (les centrales nucléaires étant plus adaptées à un fonctionnement régulier sur l’année). Or le rendement d’une centrale est moins élevé que celui d’une chaudière. D’après notre calcul, le chauffage électrique ne réduit pas les émissions de gaz à effet de serre (même avec des centrales à gaz de rendement 60%, en supposant que les centrales nucléaires sont utilisées au moins 4000 heures par an).

11.4 Tri des déchets ménagers

Trier ses déchets est un acte quotidien qui semble relativement simple et réaliste. Nous avons donc défini une variante où les habitants trient 40% de leur papiers et cartons, et 60% du verre. La variante suppose également que l’incinérateur alimente un réseau de chaleur. Nous n’avons pas intégré ici le compost, ni la réduction de la consommation d’emballages, mais ces aspects pourraient être inclus également.

11.5 Gestion de l'eau

L’utilisation d’équipements sanitaires à débit réduit permet de baisser la consommation d’eau jusqu’à 50%. D’autre part, un chauffe-eau solaire peut fournir 40% des besoins énergétiques pour l’eau chaude sanitaire. En ce qui concerne la pollution de l’eau (rejets liquides, lessives, etc.), nous n’avons pas assez de données sur l’impact de l’assainissement pour pouvoir comparer des variantes sur le choix des lessives par exemple.

D’autres variantes pourraient ainsi être définies, et la comparaison serait différente selon les climats, les modes de vie, le type de construction choisi. Mais l’exemple donné ici permet d’illustrer la démarche. Les résultats sont présentés dans la figure suivante pour le thème « effet de serre ».

du GWP (t CO2 eq.)392px

Réduction des émissions de gaz à effet de serre

Ces résultats montrent qu’une réduction de plus de 40% des émissions de gaz à effet de serre est possible sans porter atteinte au niveau de confort d’un logement. Des techniques plus sophistiquées permettraient d’aller encore plus loin dans la démarche. Des projets de démonstration ont montré la possibilité de construire des logements dont les besoins de chauffage sont inférieurs à 15 kWh/m²/an (standard « maisons passives »). Des logements produisant plus d’énergie qu’ils n’en concosomment ont été construits à Freiburg (RFA). Mais l’autonomie énergétique n’est pas forcément l’optimum environnemental, du fait de l’impact généré par la fabrication des systèmes. Les réseaux de chaleur (géothermie, bois énergie...) peuvent constituer des alternatives intéressantes.

12 Normalisation d’un éco-profil

Dans les éco-profils présentés ci-dessus, les différents indicateurs sont représentés sur une échelle unique, en valeurs relatives entre 0 et 1. Ceci permet d'éviter les très grandes disparités sur les ordres de grandeur des différents résultats : par exemple pour le cycle de vie d'une maison standard, le potentiel de réchauffement global est de l'ordre de 600 tonnes d'équivalent CO₂, alors que l'indicateur d'épuisement des ressources est de l'ordre de 10^-8 et l'écotoxicité aquatique de l'ordre de 10⁷, soit un facteur 10¹⁵ entre les indicateurs extrêmes. Le choix d'une échelle entre 0 et 1 permet de représenter les différents indicateurs sur un même diagramme. L'inconvénient est de donner la même importance aux différents indicateurs, quelle que soit la contribution du système étudié.

Considérons par exemple une installation photovoltaïque de 3 kWc (kW crête, c'est-à-dire la puissance électrique fournie pour un ensoleillement de 1000 W/m2 et une température des modules de 25°C) raccordée au réseau (donc sans batterie). L'objectif de l'ACV est de comparer les impacts liés à la fabrication de ce système aux impacts évités grâce à la production d'électricité d'origine renouvelable.

Pour simplifier, les étapes du cycle de vie sont les suivantes :

• réduction de la silice pour obtenir du silicium ;
• purification du silicium ;
• moulage des lingots et sciage des plaquettes ;
• fabrication des cellules photovoltaïques ;
• fabrication des modules ;
• montage et intégration au bâtiment ;
• fabrication de l'onduleur (transformant le courant continu produit en courant alternatif) et de l'installation électrique ;
• utilisation et entretien du système ;
• dépose et gestion des déchets.

Les substances puisées ou rejetées dans l'environnement sont comptabilisées sur chacune de ces étapes, puis un écoprofil est obtenu en agrégeant les valeurs selon les indicateurs définis précédemment. Les résultats sont les suivants.

RÉSULTATS DE L'ANALYSE DE CYCLE DE VIE D'UN SYSTÈME PHOTOVOLTAÏQUE
Thème	Unité	Fabrication	Électricité produite	Fin de vie
effet de serre	kg CO2	7 112	-10557,2	95,54
énergie primaire	kWh	62 167	-486470,4	6,1
acidification	kg SO2	55,48	-96,36	0,95
smog	kg C2H4	2,65	-1,17	0,23
eutrophisation	kg PO43-	3,73	-5,678	0,03
eau	m3	679	-920,6	3,263
déchets radioactifs	dm3	0,00047	-5,13	5,87E-06
autres déchets	kg éq	3 798	-988,4	5553

Le rapport entre les valeurs pour l'électricité produite et la somme des indicateurs pour la fabrication et le démantèlement du système donne ce qui pourrait être appelé l'efficacité du système photovoltaïque sur son cycle de vie. Par exemple, la production d'énergie primaire correspondant à l'électricité produite est de 8 fois la consommation d'énergie primaire pour la fabrication et le démantèlement du système. Par contre, le système génère presque dix fois plus de déchets que ce qui correspond à sa production d'électricité, mais 10 000 fois moins de déchets radioactifs. L'ensemble de ces ratios est donné dans le tableau suivant.

BILAN D'UN SYSTÈME PV
Thème	Impact évité/impact généré
effet de serre	1,46
énergie primaire	7,82
acidification	1,71
smog	0,41
eutrophisation	1,51
eau	1,35
déchets radioactifs	10780
autres déchets	0,106

Dans ce tableau, l'efficacité du système est du même ordre pour l'effet de serre et pour l'eutrophisation : l'impact évité représente 1,5 fois l'impact généré. Or la production photovoltaïque réduit les émissions de gaz à effet de serre d'environ 10 500 kg d'équivalent CO₂ et l'eutrophisation d'environ 5,5 kg d'équivalent PO₄^3-. Devons-nous accorder la même importance à ces deux faits ?

Pour répondre partiellement à cette question, il est proposé de normaliser les émissions par rapport aux valeurs moyennes par habitant et par an. Par exemple, un habitant génère en moyenne en France 8 700 kg d'équivalent CO₂ et 38 kg d'équivalent PO₄^3-. L'effet de serre évité par la production d'électricité est alors supérieur à l'émission moyenne par habitant et par an, alors que l'entrophisation évitée correspond à 0,15 année-habitant. Les résultats sont visualisés sur la figure suivante.

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Impacts produits et évités par un système PV en équivalents habitants

L'intérêt de ce graphe est de faire ressortir les thèmes pour lesquels la contribution du système est négligeable : l'eutrophisation et le smog. Dans cet exemple, la production d'électricité permet de réduire globalement les émissions (l'équivalent de 10 années-habitant pour l'énergie primaire et les déchets radioactifs), à l'exception du thème des déchets solides (augmentation d'environ 0,8 année-habitant). Est-ce globalement bénéfique ? Pour répondre à cette question, il serait nécessaire de définir un poids relatif pour les différents indicateurs, par exemple accorder autant, ou plus, ou moins d'importance à l'effet de serre qu'aux déchets radioactifs, etc. ce qui comporte une part de subjectivité. Nous avons donc préféré nous arrêter à l'étape de normalisation des impacts. Les valeurs en année-habitant pour les différents indicateurs sont données dans le tableau suivant, qui est basé sur des données de l'IFEN, du CITEPA, de l'ANDRA, de l'ADEME et du ministère de l'Industrie.

IMPACTS MOYENS PAR HABITANTS ET PAR AN
thème	unité	Année-habitant
effet de serre	kg CO2	8680
Energie primaire	kWh	48670
acidification	kg SO2	62,3
smog	kg C2H4	19,7
eutrophisation	kg PO43-	38,1
eau	m3	339
déchets radioactifs	dm3	0,51
autres déchets	kg éq	10400