Energie grise
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L'énergie grise, une énergie cachée
La notion d'énergie grise
En moyenne, 80 % de l’énergie consommée par un bâtiment sur sa durée de vie sont dus à son utilisation et 20% à sa construction : c'est ce à quoi fait référence la notion d'énergie grise.
- Le terme « grise » indique que l'énergie qui ne se voit pas, même si elle existe bien dans la construction. Le terme anglais, « embodied energy », exprime plus clairement cette notion d’énergie incluse dans le matériau.
Maintenant que l’on sait, au moins sur le papier, réaliser des bâtiments faiblement consommateurs d’énergie, la consommation d’énergie liée à la construction, puis à la déconstruction de ces bâtiments prend une part de plus en plus importante dans le bilan global énergétique sur toute la durée de vie.
Il devient donc nécessaire de diminuer aussi cette consommation, à la fois pour diminuer les consommations globales, mais aussi pour diminuer les consommations actuelles (la part la plus importante est celle de la phase de construction au moment où la lutte contre le changement climatique impose de faire le plus d’efforts possibles)
>> En savoir plus sur : L'énergie grise
Définition de l'énergie grise d'un matériau
- Définition de l’énergie grise d’un matériau proposée par l’ICEB : L’énergie grise d’un matériau, équipement ou service est constituée de deux énergies
grises :
• l’énergie grise non renouvelable : énergie procédé (apport d’énergie nécessaire dans les processus mis en œuvre pendant le cycle de vie) d’origine non renouvelable,
• et l’énergie grise renouvelable : énergie procédé d’origine renouvelable. Sur toute la durée du cycle de vie hors vie en œuvre.
L’énergie grise est une problématique émergente. L’ICEB s’en est emparée pour éclaircir la question et commencer à apporter des éléments de réflexion et d’aide à la conception. Un effort a été entrepris à l’échelle planétaire pour réduire les émissions de gaz à effet de serre et, par conséquent les consommations d’énergie. Dans un souci d’efficacité, le travail a commencé par les secteurs les plus consommateurs d’énergie. Le bâtiment est le premier secteur consommateur d’énergie en France, avant le transport et l’industrie. Et le second secteur émetteur de gaz à effet de serre. La priorité a d’abord été de diminuer les consommations des bâtiments en phase exploitation.
On sait aujourd’hui construire des bâtiments très économes en énergie, confortables et sains. En ajoutant des systèmes de production d’énergie intégrés, la réalisation de bâtiments à énergie positive qui produisent plus qu’ils ne consomment est possible. Cela reste à généraliser dans la construction neuve mais aussi sur le parc existant.
Cependant, les consommations nécessaires à la fabrication, à l’entretien, à la maintenance, à l’adaptation et à la déconstruction des bâtiments qui paraissaient proportionnellement négligeables deviennent maintenant très importantes. D’où la nécessité aujourd’hui de se pencher sur cette question et de voir où et comment il est souhaitable d’agir. C’est l’objet de ce guide sur l’énergie grise des matériaux et des ouvrages.
Il porte sur tous les types d’ouvrages et s’élargit aussi à la question de l’aménagement urbain et paysager
Il s'agit du total de l'énergie consommée par un objet durant tout au long de son cycle de vie. L'énergie grise est donc une énergie cachée, invisible et qui ne se voit pas dans la seule consommation de l'objet.
C'est pourquoi il vaut mieux utiliser un appareil pour mieux valoriser l'énergie grise qu'il contient, c'est à dire faire en sorte que l'énergie utilisée pour sa conception, sa production, son transport par exemple servent plus longtemps.L'achat de produits durables est donc meilleure du point de vue du non gaspillage de l'énergie grise
L’énergie grise d’un matériau, équipement ou service est constituée de deux énergies grises :
• l’énergie grise non renouvelable : énergie procédé (apport d’énergie nécessaire dans les processus mis en œuvre pendant le cycle de vie) d’origine non renouvelable,
• et l’énergie grise renouvelable : énergie procédé d’origine renouvelable,
• sur toute la durée du cycle de vie hors vie en œuvre.
> L’énergie grise d’un bâtiment est la somme des énergies grises des matériaux et équipements qui le composent à laquelle on ajoute :
• l’énergie nécessaire au déplacement de ses matériaux et équipements entre l’usine et le chantier,
• la consommation d’énergie du chantier complémentaire à celle déjà intégrée dans l’énergie grise des composants et équipements (base vie, énergie de mise en œuvre, transport des personnes),
• les énergies grises liées au renouvellement des matériaux et équipements qui ont une durée de vie inférieure à celle du bâtiment,
• l’énergie nécessaire à la déconstruction de l’ouvrage.
Elle ne comprend pas l’entretien (nettoyage et petites réparations).
- pour produire une pile alcaline, il faut 50 fois plus d’énergie que ce qu’elle fournira pendant toute sa durée de vie
- la fabrication d’un lave-vaisselle pesant 43,5 kg «coûte» environ 1000 kWh en énergie, soit autant que 770 cycles de lavage
- pour produire 100 g de pâte dentifrice, il faut autant d’énergie que pour faire tourner un ordinateur pendant 4 heures.
Les autres définitions de l'énergie grise
Il n’existe pas de définition normalisée de l’énergie grise. Plusieurs définitions coexistent : En Suisse, les définitions suivantes sont issues d’organismes utilisant la même base de données (Ecoinvent).
> SIA, Société suisse des Ingénieurs et des Architectes : « L’énergie grise, (…) c’est l’énergie cachée. L’énergie qui est là mais qu’on ne peut pas voir. L’énergie grise, c’est la somme de toutes les énergies nécessaires à la conception, la production, le transport, l’utilisation et le recyclage d’un produit ou d’un matériau.
Votre tartine grillée du matin est bourrée d’énergie grise. L’énergie nécessaire à la récolte des grains de blé pour la farine, à leur transport à travers le monde, leur torréfaction, leur emballage. Sans parler de l’énergie grise du grille-pain lui-même, dont chaque pièce métallique, chaque morceau de plastique, a nécessité toute une chaîne de dépense énergétique pour arriver jusqu’à vous. Et l’énergie grise, ça compte énormément.
Pour fabriquer un frigo, il faut autant d’énergie que ce qu’un modèle ordinaire consomme en quatre ans… Quand on envisage de construire, penser à réduire la consommation, c’est bien.
Mais prendre en compte l’énergie grise, c’est tout aussi important. Ne serait-ce que parce qu’une fois que cette énergie-là est dépensée, elle ne pourra plus être économisée plus tard… Est-ce que ça vaut toujours la peine de renforcer l’isolation pour réduire ses frais de chauffage, ou est-ce que parfois la dépense en énergie grise est trop grande ? ». Et pour avoir la réponse, adressez-vous à un spécialiste ;
> La SIA a aussi publié, dans ses normes, le cahier technique CT 2032, l’énergie grise des bâtiments qui donne des définitions et modes de calculs plus précis. L’énergie grise est la « quantité d’énergie primaire non renouvelable nécessaire pour tous les processus en amont, depuis l’extraction des matières premières jusqu’aux procédés de fabrication et de transformation, et pour l’élimination, y compris les transports et les moyens auxiliaires nécessaires à cet effet ».
Zoom sur le contenu énergétique de l’énergie
- Pour obtenir une énergie utilisable par un utilisateur final (un bâtiment par exemple), il faut réaliser un certain nombre d’opérations qui elles-mêmes onsomment de l’énergie. Par exemple :
> la construction des centrales, des éoliennes, des panneaux solaires ;
> le raffinage ;
> la production d’électricité avec le rendement du système ;
> le transport de l’électricité avec les pertes en ligne.
> pour le bois, la coupe des arbres, leur transformation en buches, granulés, le transport de ces produits finis… La différence entre l’énergie finale livrée au consommateur et l’énergie initiale plus l’énergie dépensée en transformation et transport s’exprime par le facteur d’énergie primaire, PEF, égal à l’énergie primaire divisée par l’énergie finale. Plusieurs approches existent pour calculer ce coefficient. Elles sont détaillées dans l’annexe
A. Elles varient en fonction du périmètre, du mix énergétique de l’électricité, des conventions réglementaires, du pays.
Quelques repères clés sur l'énergie grise
- L'énergie grise est exprimée en kilowattheure (kWh)
- L'énergie grise représente fréquemment les deux tiers de notre consommation d'énergie globale.
- De l'intérêt de conserver un appareil électrique plus longtemps :
Energie grise : des efforts inégaux
Si la production d'acier est assez bien documentée, et fait déjà l'objet de l'attention des scientifiques qui cherchent à réduire les émissions dont elle est responsable, la même chose ne peut malheureusement pas être dite de la production d'aluminium. L'aluminium est un métal jeune comparé au fer, au cuivre ou à l'or, connus depuis les temps les plus reculés, et sa production n'est donc pas encore globalement optimisée. Pourtant, son utilisation est en augmentation constante. La production mondiale d'aluminium s'est élevée à 41,4 millions de tonnes en 2010, en hausse de 11,2% par rapport à 2009, et elle continue d'augmenter. Aujourd'hui, un Français consomme en moyenne 20 kilos d'aluminium par an, mais ce sont les Chinois les plus demandeurs.
De plus, alors que ce métal peut largement être recyclé, il l'est aujourd'hui en France à hauteur de 49%. Un chiffre qui descend à 32% concernant l'aluminium des déchets ménagers. Si certains secteurs sont plus avancés que d'autres dans ce domaine - plus de 80 % des pièces de voitures en aluminium sont recyclées - près de 6.000 tonnes d'articles culinaires sont jetées chaque année (poiles et casseroles usagées), chiffre d'autant plus choquant lorsque l'on sait que le recyclage de l'aluminium consomme 20 fois moins d'énergie que sa production. En outre, l'aluminium est recyclable presque à l'infini, sans altération de ses propriétés.
La Chine, championne de l'aluminium au charbon
En Chine, 90% de l'électricité utilisée dans le cadre de la production primaire d'aluminium provient du charbon. Et à l'échelle de l'Empire du Milieu, ce n'est pas anodin. Le pays assure en effet à lui seul 52% de la production mondiale : 28 millions de tonnes par an, dont une dizaine de millions est exportée. Elle est, charbon oblige, responsable en parallèle de 68% des émissions de gaz à effet de serre imputables à l'aluminium. Mais la Chine n'est pourtant pas le seul mauvais élève : l'Inde et les pays du Moyen-Orient ont eux aussi une législation souple, qui permet une production très émettrice du métal léger.
Pour preuve, alors que les pays producteurs traditionnels d'aluminium ont réduit leurs émissions de CO2 de 39% au cours des quinze dernières années, grâce au recours aux énergies renouvelables, les émissions de la Chine, de l'Inde et du Moyen-Orient, nouveaux producteurs, ont elles augmenté de plus de 500% dans le même temps ! Elles devraient se situer aux alentours de 800 Mt CO2 par an en 2020, contre à peine 100 Mt CO2 pour le reste du monde, selon l'association AluWatch. Vers une labelisation de l'aluminium
Il est aisé de comprendre que les plus gros producteurs ne soient pas pressés de soigner le processus de production d'un métal dont 60% du coût est représenté par l'énergie employée. L'Union européenne a néanmoins mis en place des normes très restrictives, et est suivie de près en cela par les Etats-Unis. En Amérique du Nord, 83% de l'électricité nécessaire à la production d'aluminium primaire est aujourd'hui générée par des moyens hydrauliques, contre 52% en 2014. Pour limiter les exportations polluantes, tout en promouvant l'aluminium local - réduisant ainsi les émissions de transport - et durable, un mécanisme existe. L'idée d'une taxation carbone aux frontières, concept qui n'est plus tout neuf, semble en effet une solution adaptée, bien que malheureusement peu discutée sérieusement. En faisant payer les pollueurs à proportion de leurs émissions, elle aiderait à rétablir une concurrence équitable entre les produits propres et les produits importés de pays ne désirant pas participer à la lutte contre les émissions de gaz à effet de serre.
Le calcul de l'énergie grise
Les critères retenus pour le calcul de l’énergie grise d’un produit type sont l’énergie dépensée :
- lors de la conception du produit
- lors de l’extraction et le transport des matières premières
- lors de la transformation des matières premières et la fabrication du produit
- lors de la commercialisation du produit ou du service
- lors de l’usage ou la mise en oeuvre du produit
- lors du recyclage du produit
- Le calcul de l’énergie grise s’applique également en matière de construction à la fourniture de services.
La donnée chiffrée que l’on obtient comme valeur de l'énergie grise aide à choisir le matériau le plus respectueux de l’environnement en toute connaissance de cause. L'énergie grise sert plus qu'à simplement évaluer des possibles économies d’énergie que le grand public est habitué à comparer lors de l’achat d’un matériau de construction ou d’isolation. Le calcul est global et révèle de grandes différences en matière de coûts et d’impact sur l’environnement entre un produit et un autre. Ainsi, la valeur obtenue pour un bloc de terre crue s’établit à 220 kWh/tonne tandis que le même calcul révèle une valeur de 33 700 kWh/tonne pour l’aluminium.
L’AFNOR a établi depuis 2002 une norme pour la qualité environnementale des produits de construction qui prend en compte le contenu énergétique des biens de consommation.
L’énergie grise, les chiffres clés
Selon l’Agence Locale de l’Energie de Lyon, une maison contemporaine "standard" a une énergie grise de 700 000 à 1 million de kWh.
Exemples d'énergie grise de différents matériaux
Energie grise des métaux
énergie grise de l'acier 60 000 kWh/ m³ ; cuivre 140 000 kWh/ m³ ; zinc-titane 180 000 kWh/ m³ ; aluminium 190 000 kWh/ m³<
Energie grise des canalisations
tuyau en grès 3 200 kWh/ m³ ; tuyau fibrociment 4 000 kWh/ m³ ; tuyau PVC 27 000 kWh/ m³ ; tuyau d’acier 60 000 kWh/ m³
Energie grise des murs porteurs
- béton poreux (cellulaire) 200 kWh/ m³ ;
- brique silico-calcaire creuse 350 kWh/ m³ ;
- brique terre cuite (nids d’abeille) 450 kWh/ m³ ;
- béton léger (argile expansé) 450 kWh/ m³ ;
- béton 500 kWh/ m³ ;
- brique silico-calcaire de parement 500 kWh/ m³ ;
- brique terre cuite perforée 700 kWh/ m³ ;
- brique ciment 700 kWh/ m³ ;
- brique terre cuite pleine 1 200 kWh/ m³ ;
- béton armé 1 850 kWh/ m³
Energie grise des enduits
- enduit argile ou terre crue 30 kWh/ m³ ;
- enduit à la chaux 450 kWh/ m³ ;
- enduit plâtre 750 kWh/ m³ ;
- enduit ciment 1 100 kWh/ m³ ;
- enduit synthétique 3 300 kWh/ m³
Energie grise de la charpente
- bois d’oeuvre 180 kWh/ m³ ;
- bois lamellé-collé 2 200 kWh/ m³
Energie grise des cloisons légères
- panneau de plâtre cartonné 850 kWh/ m³ ;
- panneau de plâtre fibreux 900 kWh/ m³ ;
- panneau d’aggloméré 2 200 kWh/ m³ ;
- panneau fibre de bois (dur) 3 800 kWh/ m³ ;
- contre-plaqué 4 000 kWh/ m³
Energie grise de l’isolation thermique
- fibres de lin 30 kWh/ m³ ;
- fibres de chanvre 40 kWh/ m³ ;
- cellulose de bois 50 kWh/ m³ ;
- laine de mouton 55 kWh/ m³ ;
- laine de roche 150 kWh/ m³ ;
- perlite 230 kWh/ m³ ;
- laine de verre 250 kWh/ m³ ;
- argile expansé 300 kWh/ m³ ;
- panneau de liège 450 kWh/ m³ ;
- polystyrène expansé 450 kWh/ m³ ;
- polystyrène extrudé 850 kWh/ m³ ;
- panneau fibre de bois (tendre) 1 400 kWh/ m³
Energie grise de l’étanchéité
- asphalte coulé 1 950 kWh/ m³
Energie grise de la couverture
- tuile béton 500 kWh/m³ ;
- tuile terre cuite 1 400 kWh/m³ ;
- tuile fibrociment 4 000 kWh/m³
L'énergie grise de la fabrication des matériaux
L’énergie nécessaire à la fabrication des matériaux (pour 1 kg ) est de :
- Matériau Energie(MJ)* Eau(L)
- Brique 3 1.47
- Béton céllulaire 2.48 1.68
- Parpaing 0.92 0.70
- Mortier Ciment 1.87 1.33
- Acier construction 43 25
- Béton b25 1 0.68
- Bois Agglo plaque 42 8.4
- Bois lamméllé collé 53 14
- Paille 0.02 0.008
- Bois poutre 27.5 2.8
- Bois Planche 73 13.2
- Laine de verre 26.44 29.44
- Polystyrène 105 35
- Placo 1.23 0.56
- Enduit chaux 2.35 1.73
- 1kWh = 3.6 MJ
source : la base ekoinventare sur logiciel Equer http://www.izuba.fr/logiciel/equer
L’énergie matière peut être récupérable en fin de vie, soit par le réemploi, soit par la valorisation matière, soit par la valorisation énergétique.
Quelques repères d’ordre de grandeur de l’énergie grise
> Ordres de grandeur sur l’ensemble des bâtiments :
• énergie grise sur toute la durée de vie = de 1 500 à 3 500 kWh/m² SHON , • énergie grise ramenée à l’année = de 20 à 75 kWh/m² SHON .an ; > Ordres de grandeur pour des bâtiments optimisés :
• énergie grise sur toute la durée de vie = de 1 200 à 2 200 kWh/m² SHON , • énergie grise ramenée à l’année = de 20 à 30 kWh/m² SHON .an ;
> Équivalent énergie grise en années de consommations d’énergies pour l’exploitation d’un bâtiment BBC 2005 = de 30 à 50 ans. > Le surinvestissement en énergie grise pour diminuer les consommations en énergie de la phase exploitation est négligeable par rapport aux gains en consommation d’énergie sur la durée de vie du bâtiment (temps de retour sur investissement énergétique de l’ordre de l’année pour une construction neuve).
> Une réhabilitation est bien moins consommatrice en énergie grise qu’une construction neuve. Pour espérer obtenir un bilan total énergie grise + énergie xploitation plus faible en construction neuve qu’en réhabilitation, il faut optimiser fortement le niveau énergétique en phase exploitation du bâtiment neuf niveau passif voire positif).Quels outils utiliser pour calculer l’énergie grise ?> Deux grandes familles de bases de données sur les impacts environnementaux des produits se distinguent :
• la base de données française INIES avec les Fiches de Données Environnementales et Sanitaires, FDES qui vont, avec la nouvelle norme européenne, être remplacées par les EPD, Environnemental Product Declaration,
• la base de données suisse, Éco-bilans dans la construction de KBOB, basée sur la base de données suisse Ecoinvent ;
> Atouts/inconvénients de ces deux bases de données :
• La base INIES ne permet pas d’extraire la valeur de l’énergie grise selon la définition de l’ICEB (énergie procédé totale uniquement), mais les futures EPD le permettront,
• La base KBOB permet d’extraire la valeur de l’énergie grise selon la définition de l’ICEB,
• INIES donne des valeurs par unité fonctionnelle, KBOB par composant de base,
• INIES fait le calcul sur l’ensemble du cycle de vie y compris entretien et maintenance, KBOB uniquement sur fabrication et fin de vie,
• INIES est moins complète que KBOB,
• les données des FDES ne sont pas systématiquement vérifiées par une tierce partie, les données de KBOB sont issues d’Ecoinvent qui sont vérifiées,
• le mix énergétique d’INIES est celui de la France, celui de KBOB de la Suisse ;
Source : le guide Bio-tech
Comparaisons entre les différents types d’énergie
- Comparaison entre énergie primaire totale et énergie renouvelable pour deux parois verticales de conductivité thermiques U = 0,15 W/m2.K à partir des données de eco-bau, KBOB, l’une « massif » en brique de terre cuite + isolation extérieure, l’autre en « ossature bois ».
Source : L’énergie grise des bâtiments – Weinmann-Energies SA, Francine Gass – Lunch-débat
Si l’on ne regarde que l’énergie primaire globale, le bois est pénalisé car, étant combustible, il contient de l’énergie matière. Par contre, lorsqu’on ne regarde plus que l’énergie non renouvelable, le bois devient intéressant car cette énergie matière est renouvelable (si le bois provient d’une forêt non primaire gérée durablement).
Pour cinq revêtements de sol sur une durée de vie de 30 ans, comparaison entre énergie primaire totale, énergie renouvelable et non renouvelable, énergie matière et énergie procédé (avec des unités fonctionnelles équivalentes et renouvellement pour la moquette, le linoleum et le PVC dont les durées de vie médianes sont respectivement de 10 et 20 ans). Source des données : FDES des revêtements, calculs : AILTER
Exemples de durées de vie typique,
Durées de vies issues des FDES :
Lot Matériaux, Durée de vie typique, DVT
Structure Terre cuite : brique 150 ans
Zinc : couverture 100 ans
Bloc béton aggloméré 100 ans
Bois en lamellé-collé 100 ans
Charpente en bois de type chêne et résineux 100 ans
Parpaing avec isolant intégré 50 ans
Résine de scellement (-> fer à béton) 50 ans
Façade Terre cuite : carreaux, brise-soleil 100 ans
Fibres-ciment en panneaux 60 ans
Acier : simple peau, plateau de bardage 50 ans
Mortier enduit minéral 50 ans
Menuiseries extérieures Aluminium, PVC ou bois 30 ans
Aménagements intérieurs Pierre : revêtement de sol 150 ans
Grès cérame : carrelage 50 ans
Plaques de plâtre : BA15, BA13 50 ans
Peinture 30 ans
Linoléum : sol souple 15/25 ans
Moquette 8/15 ans
Faux plafonds / Isolation thermique Laine minérale 50 ans
Laine de bois + laine de roche + fibres de bois
enrobées de ciment blanc 50 ans
Laine de bois + polystyrène expansé 50 ans
Laine de verre 50 ans
Laine de roche 50 ans
Plaque de plâtre 50 ans
polyuréthane 50 ans
Étanchéités Isolant thermique (+ étanchéité) en verre cellulaire 100 ans
Couche drainante en polystyrène expansé pour toitures terrasses 50 ans
Étanchéité toiture en bitume-polymère utilisée en jardins ou sous protection dure 40 ans
Étanchéité toiture en bitume-polymère (suivant si réfections ou non) 30/90 ans
Plomberie Tube de canalisation en cuivre 100 ans
Tube de canalisation en fonte 100 ans
Tube de canalisation en PVC 50 ans
Aménagements extérieurs Revêtement en dalles de caoutchouc (aire de jeux) 15 ans
Pour un bâtiment, la durée de vie est à déterminer avec le maître d’ouvrage en fonction de l’usage et des modalités de gestion du patrimoine
l
> en énergie totale, c’est la moquette qui est la plus consommatrice ;
> en énergie non renouvelable, c’est encore la moquette qui est la plus consommatrice ;
> en énergie procédé, trois revêtements sont les plus consommateurs, le parquet, le linoléum et le PVC. La moquette est le revêtement qui a la plus faible énergie procédé après la résine ;
> en termes d’énergie matière, c’est encore la moquette la plus consommatrice. Pour certaines moquettes, cette énergie matière est valorisée en fin de vie par du recyclage. Explications :
> la moquette est composée de 100 % de polyamide pour sa couche apparente fabriquée à partir de matière première d’origine fossile, ce qui explique sa forte consommation en énergie matière d’origine non renouvelable ;
> le parquet contrecollé a lui aussi une part importante d’énergie matière, du bois mais d’origine renouvelable (sauf pour la colle et l’emballage du produit) ;
> le parquet contrecollé a une durée de vie de 45 ans : si le calcul était fait sur cette durée de vie au lieu de 30 ans, alors le parquet serait dans les moins consommateurs en énergie procédé.
[modifier] Vpir aussi au sujet de l'énergie grise
[ Ampoule fluocompacte ] [ Kilowattheure kWh ] [ Certificat de performance énergétique ] [ Empreinte écologique ] [ D3E ]