écoéco--conception des bâtimentsconception des bâtiments · co : bd' d b ti t 14 t 18...

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EcoEco--conception des bâtimentsconception des bâtiments

Bruno PEUPORTIERMines ParisTech – CEPMines ParisTech CEP

écoéco--conception des bâtimentsconception des bâtiments

Prendre en compte les aspects environnementaux dans la conception

Préservation des ressources (énergie, eau, matériaux, sol),

protection des écosystèmes, au niveau planétaire (climat, ozone), régional (forêts, rivières…), local ( é é )

1

(déchets ultimes, qualité de l’air…)

Liens environnement-santé

2

Principes éthiques ou philosophiquesPrincipes éthiques ou philosophiques

principe de développement durable (Brundtland)

répondre aux besoins du présent sans compromettre la

capacité des générations futures à répondre aux leurs

exemple : épuisement des ressources, déchets

principe de précaution

éviter les risques autant que possible

2

exemple : école sous une ligne à haute tension

contre- exemple : peur des gares en ville

Principes de managementPrincipes de management

principe de prévention

agir au plus tôt : urbanisme, architecture, ingénierie,

toccupants

principe de subsidiarité

prendre les décisions au niveau approprié

exemple : confort, niveau individuel

3

smog, niveau municipal

eutrophisation, régional

serre, ozone, planétaire

3

La contribution du secteur du bâtimentLa contribution du secteur du bâtiment

45% de la consommation d‘énergie en France

consommation d‘eau : 165 litres/personne/jour, 25% du total net

utilisation de ressources naturelles (granulats, bois tropicaux…) : (g , p )

jusqu’à plus d’une tonne par m2 construit

Occupation des sols (5% artificialisé), atteintes aux paysages…

production de déchets :

- construction et démolition : 48 millions de tonnes / an

- ménagers : 28 millions de tonnes / an (1 2 kg/ha/jour)

4

- ménagers : 28 millions de tonnes / an (1,2 kg/ha/jour)

40% des déchets radioactifs

Pollution de l’eau (eaux usées, éco-toxicité, nappes phréatiques :

fondations)

La contribution du secteur du bâtimentLa contribution du secteur du bâtiment

Émissions dans l’air (22% effet de serre, COVs…) :produits de combustion : CO2, CO, NOx, SO2,... (chauffage)

HCFC (climatisation, mousses isolantes)HCFC (climatisation, mousses isolantes)

formaldéhyde et autres COVs (bâti : colles, revêtements,

préservation du bois, contreplaqués, et occupants : fumée de

tabac, produits d’entretien, bricolage…),

Moisissures, bactéries, acariens (humidité)

B it (é i t té i d li ti ti )

5

Bruit (équipements extérieurs de climatisation…)

Perturbation des micro-climats : vent, température (îlot de chaleur)

4

Structuration des objectifsStructuration des objectifs

6

Structuration des objectifs (1)Structuration des objectifs (1)

7

5

Structuration des objectifs (2)Structuration des objectifs (2)

8

Différents outils pour différents objectifs (1)Différents outils pour différents objectifs (1)

T H E M E S

M E T H O D E S

R E S S O U R C E S E N E R G IE , E A U , A U T R E S M A T IE R E S

A C V

E N V , N IV E A U P L A N E T A IR E S E R R E , O Z O N E , D E C H E T S R A D IO A C T IF S

A C V

E N V , N IV E A U R E G IO N A L A C ID IF IC A T IO N , E U T R O P H IS A T IO N , S M O G , E C O T O X IC IT E

A C V

E N V , N IV E A U L O C A L

9

,D E C H E T S , T O X IC IT E H U M A IN E , O D E U R S E S T H E T IQ U E , IN T E G R A T IO N S IT E D E F L E C T IO N D U V E N T M A S Q U E S B R U IT E X T E R IE U R

A C V A C V Q U A L IT A T IF E X P E R T IS E G E O M E T R IE A C O U S T IQ U E

6

Différents outils pour différents objectifs (2)Différents outils pour différents objectifs (2)

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Normes ISO 14 000Normes ISO 14 000

14001 : système de management

14010 : audit

14020 : labels

14030 : évaluation de la perf. environ.

14040 : analyse de cycle de vie

14050 : glossaire

11

7

Série 14040 (ACV)Série 14040 (ACV)

14040 : principes généraux (1997, 2006)

14041 : définition des objectifs, inventaire (1998)

14042 : évaluation des impacts (2000)

14043 : interprétation (2000)

14044 : regroupe les 3 précédentes (2006)

12

Www.tc207.orgWww.tc207.org

13

8

Normes AFNORNormes AFNOR

P 01-010 : information sur les caractéristiques environnementales des produits de construction, 2004

P 01-020 : caractéristiques environnementales et sanitaires des bâtiments

partie 1, cadre méthodologique , 2005

partie 2 guide d’application 2007

14

partie 2, guide d application, 2007

partie 3, méthode d’évaluation, 2009

P 01-030 : management environnemental

Analyse de cycle de vieAnalyse de cycle de vie

15

9

Etapes d’une ACVEtapes d’une ACV

Définition des objectifs

Unité fonctionnelle

Frontières du système

Hypothèses : énergie, transport, recyclage

Calcul de l’inventaire

Agrégation (thèmes environnementaux)

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Normalisation -> écoprofil

Interprétation des résultats

Définition des objectifsDéfinition des objectifs

Aide au choix d’un site

Aide à la programmation (niveaux de performance)

Aide à la conception, comparaison de variantes architecturales et/ou techniques

Aide à la réalisation (comparaison de produits)

Aide à la gestion (études sur les usages)

17

Aide à la réhabilitation (étude de solutions)

Fin de vie (intérêt de la déconstruction – recyclage)

10








18



Unité fonctionnelleUnité fonctionnelle

Quantité : ex. 1 m2 de bâtiment

fonction : ex. logement

qualité de la fonction : ex. confortable, 20°C à 26°C, clair, calme, ventilé,…

temps : ex. 1 an

19

11








20



Les frontières dépendent de l’objectif de l’étudeLes frontières dépendent de l’objectif de l’étude

21

Simplification : négliger les composants < 3 ou 5% en masse du produit total

12








22



HypothèsesHypothèses

Energie : mix de production d’électricité, différences selon les usages (chauffage, ecs, éclairage, froid, autres usages), mix spécifique g g ) p q(différents fournisseurs/tarifs) ou moyen, national ou européen, variation dans le temps, valeurs moyennes ou marginales

Transport : retour à vide des camions ou gestion optimisée prise en compte des infrastructures

23

optimisée, prise en compte des infrastructures

Recyclage : début et fin de vie, stocks ou impacts évités, boucle ouverte ou fermée

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Exemples de matériauxExemples de matériaux

Emissions de CO2 pour la production des matériaux

2000

2500

-500

0

500

1000

1500

2000

béton plâtre verre acier cuivre PVC bois

kg CO2 par tonne

24

-2000

-1500

-1000

Transport des matériauxTransport des matériaux

Emissions de CO2 pour le transport des matériaux

120

20

40

60

80

100

kg CO2

25

01 t béton 1 t 100 km

camion 28t1 t 100 km

bateau1 t 100 km

train

14








26



Phase d’inventairePhase d’inventaire

Substances émises et puisées dans l’environnement

Matières premières, combustibles…

Émissions dans l’air

Émissions dans l’eau

Émissions dans le sol, déchets

27

15

Inventaire du kWh gazInventaire du kWh gazIntrants

Phases Sortants

eau, élec., diésel, acier, béton

Exploration et extraction forage : 32 à 62 10-7 m tubes/m3 compression, transport

CO2, mercure, CO, NOx, SO2, CH4, COVNM, radon

Préparationaluminium, acier, béton, transport, diésel

pséchage, séparation du fioul et CxHy, désulfuration

NOx, COV, CO, particules, fuites

acier, sable, transport

Transport longue distance (70 bar) distances de transport (NL, CEI,...) turbines de compression, fuites

CO2, NOx, CO, CH4, COVNM, N2O, SO2

acier, polyéthylène, bitume, sable, ciment, béton, transport, excavation

Distribution régionale (0,1 bar) canalisations enterrées (DV 40 ans)

fuites, déchets (canalisations remplacées), CO, NOx

polyéthylène, acier

Distribution locale (< 0,1 bar) canalisations enterrées (plastiques)

fuites, remblai, déchets (canalisations remplacées)

Combustion

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gaz, électricité, eau, acier, aluminium, béton, laine minérale, cuivre, peinture, carton, polyéthylène, soudure, transport

Combustiontype de chaudière : puissance, âge, bas NOx, condensation fabrication, emballage, utilisation, traitement des déchets

SO2, CO2, NOx, poussières, CO, CH4, COVNM, dioxines, N2O, mercure, formaldéhyde, déchets solides (béton, laine minérale, cuivre, peinture, carton, polyéthylène, soudure)

Exemple : Exemple : base Oekoinventare, Ecole Polytechnique de Zürichbase Oekoinventare, Ecole Polytechnique de Zürich

Laine minérale Manganèse

Minerai de Fer

Mousse dure PUR NaCl NaOH

Cd Cadmium m kg 1.26E-10 5.65E-11 1.98E-11 4.14E-10 1.11E-10 8.94E-11 Cd Cadmium p kg 1.96E-08 1.53E-08 1.15E-09 1.21E-08 3.61E-10 2.50E-09 Cd Cadmium s kg 2.08E-08 1.05E-07 3.40E-09 8.81E-07 1.03E-08 2.32E-08 CF4 p kg 1.70E-08 2.58E-07 1.21E-08 1.72E-07 5.31E-09 4.25E-08 CH3Br p kg 0 0 0 0 0 0 CH4 Methan m kg 9 74E-07 2 94E-06 6 66E-06 7 12E-06 3 51E-07 6 72E-07CH4 Methan m kg 9.74E 07 2.94E 06 6.66E 06 7.12E 06 3.51E 07 6.72E 07 CH4 Methan p kg 0.00379 0.00929 0.000246 0.00871 0.000196 0.00153 CH4 Methan s kg 1.41E-05 0.000116 3.25E-06 0.000176 4.88E-06 2.03E-05 CN Cyanide p kg 3.60E-16 1.73E-15 1.41E-16 2.80E-08 2.88E-15 2.39E-15 CN Cyanide s kg 1.56E-08 1.09E-08 9.56E-10 8.79E-09 2.24E-10 1.74E-09 Co Cobalt m kg 6.74E-10 4.63E-09 7.27E-09 4.89E-09 1.01E-10 7.58E-10 Co Cobalt p kg 1.56E-09 1.83E-09 3.06E-10 1.60E-09 6.12E-11 2.73E-10 Co Cobalt s kg 4.03E-08 6.38E-07 6.63E-09 1.17E-06 1.24E-08 1.05E-07 CO Kohlenmonoxid m kg 3.03E-05 7.73E-05 0.000139 0.000146 1.86E-05 2.50E-05 CO Kohlenmonoxid p kg 0.0747 0.000314 7.71E-05 0.00774 7.58E-06 3.54E-05 CO Kohlenmonoxid s kg 0.000453 0.00141 0.000126 0.00142 5.30E-05 0.000193 CO2 Kohlendioxid m kg 0.0135 0.0412 0.0647 0.0699 0.0073 0.0114 CO2 Kohlendioxid p kg 0.975 0.0342 0.00517 0.174 0.00161 0.00518

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CO2 Kohlendioxid p kg 0.975 0.0342 0.00517 0.174 0.00161 0.00518 CO2 Kohlendioxid s kg 0.39 5.03 0.0591 4.91 0.0854 0.809 Cr Chrom m kg 5.32E-10 3.65E-09 5.74E-09 3.86E-09 7.99E-11 5.98E-10 Cr Chrom p kg 3.88E-08 1.77E-08 3.18E-09 1.77E-08 7.04E-10 2.98E-09 Cr Chrom s kg 2.76E-08 4.82E-07 4.51E-09 6.65E-07 1.14E-08 8.09E-08 Cu Kupfer m kg 1.15E-07 3.44E-07 5.10E-07 8.11E-07 6.36E-09 5.56E-08 Cu Kupfer p kg 1.11E-08 3.50E-08 1.64E-09 2.55E-08 8.37E-10 5.81E-09 Cu Kupfer s kg 1.02E-07 1.03E-06 2.88E-08 1.82E-06 2.28E-08 1.71E-07 Cycloalkane p kg 0 0 0 0 0 0 Dichlormethan p kg 1.27E-09 4.11E-09 5.54E-11 1.16E-07 2.68E-11 3.80E-06 Dichlormonofluormethan p kg 4.44E-08 3.17E-08 6.46E-09 3.07E-07 3.65E-08 5.43E-06

16

Base INIES : www.inies.frBase INIES : www.inies.fr

VRD - Assainissement - Aménagements Extérieurs

Structure - Maçonnerie - Façades

Couverture - Toitures-terrasses - Etanchéité

Menuiseries extérieures

Doublages - Cloisons – Plafonds - Isolants

Revêtements de sol, Revêtements muraux et décoration

Chauffage- Rafraîchissement - ECS - Régulation - Fumisterie

Mais : simplification des inventaires, exemple : dioxines

30

Pas de procédé (chauffage, etc.), fin de vie = déchets

Pas de calcul matriciel (interactions entre secteurs)

Un calcul global est nécessaire pour choisir un matériau








31



17

Indicateurs, exemple : contribution au changement climatiqueIndicateurs, exemple : contribution au changement climatique

Potentiel de réchauffement globalPotentiel de réchauffement globalpropriétés optiques des gazpropriétés optiques des gazé i l t COé i l t CO d é 100d é 100

32

équivalent COéquivalent CO22, sur une durée,100 ans, sur une durée,100 ansGWP100 = kg COGWP100 = kg CO22 + 25 x kg CH+ 25 x kg CH44 + 300 x kg N+ 300 x kg N22O O + + ΣΣ GWPGWPi i x kg CFC ou HCFCx kg CFC ou HCFCii

effet (potentiel) et non impact (réel)effet (potentiel) et non impact (réel)

Compléments sur l’indicateur GWP (effet de serre)Compléments sur l’indicateur GWP (effet de serre)

CO : B d d' b ti t 14 t 18

Absorption du rayonnement infra-rouge : aConcentration : c (varie dans le tempsDurée T : 20, 100 ou 500 ans

CO2 : Bande d'absorption entre 14 et 18 μm Absorption non saturée pour λ ≠ 15 μm Echanges avec le sol et les océans } durée de vie entre 50 et 100 ans Photosynthèse et respiration

∫T

dtt)(

33

∫ ii dttca0

. ).(

GWPi = ____________

∫T

dttca COCO

0

).(2.2

18

Compléments sur l’indicateur GWP (effet de serre)Compléments sur l’indicateur GWP (effet de serre)

CH4 : Décomposition en présence d'OH } temps d'ajustement 14,5 ± 2,5 ans Echanges avec le sol et la stratosphère N20 : Décomposition par photolyse dans la stratosphère Durée de vie 120 ans CH4 avec NOx -> O3 et vapeur d'eau (2 gaz à effet de serre)

34

CFC 11 : Durée de vie 50 ans +- 10% Réactions avec OH, influence la décomposition de CH4

ExerciceExercice

Comparer 3 isolants (effet de serre)

conductivité(W/m/K)

massevolumique

(kg/m3)

GWP100 (kgeq CO2 / kg)

Durée de vie

laine de verre 0.04 25 0.98 30 anspolystyrène

expansé0.037 15 1.41 20 ans

brique alvéolaire 0.22 782 0.25 120 anscellulose recyclée 0 04 100 0 11 20 ans

35

cellulose recyclée 0.04 100 0.11 20 ans

19

ExerciceExercice

Unité fonctionnelle ?

36

ExerciceExercice


Quantité ?

37

20

ExerciceExercice


Quantité : 1 m2 de mur

Fonction : isolation

Qualité de la fonction ?

38

ExerciceExercice




Qualité de la fonction : résistance thermique

R = épaisseur / conductivité

39

21

ExerciceExercice






e = R . λ

40

ExerciceExercice






e . ρ = R . λ . ρ

41

22

ExerciceExercice






e . ρ . GWP = R . λ . ρ . GWP

42

ExerciceExercice






e . ρ . GWP = R . λ . ρ . GWP

43

Durée : 1 an

23

ExerciceExercice






Durée : 1 an

44

e . ρ . GWP / DV = R . λ . ρ . GWP / DV

ExerciceExercice

Comparer 3 isolants (effet de serre)

conductivité(W/m/K)

massevolumique

(kg/m3)

GWP100 (kgeq CO2 / kg)

Durée de vie

laine de verre 0.04 25 0.98 30 anspolystyrène

expansé0.037 15 1.41 20 ans

brique alvéolaire 0.22 782 0.25 120 anscellulose recyclée 0 04 100 0 11 20 ans

45

cellulose recyclée 0.04 100 0.11 20 ans

24

Contribution à l’acidificationContribution à l’acidification

46

Potentiel d’acidification (eq. SO2)

Effet potentiel (concentration de fond)

Sources : chaufferies (fuel, charbon), procédés

Contribution à l’eutrophisationContribution à l’eutrophisation

47

Potentiel d’eutrophisation (eq. PO43-)

Phénomène naturel et dystrophisation

Sources : eaux usées

25

Qualité de l’air et ozoneQualité de l’air et ozone

ozone et altitude

à ( C C )

48

atteinte à la couche d ’ozone (eq. CFC-11)

Sources : climatisation

smog d ’été (formation d ’ozone), eq. C2H4

Sources : chaufferies, procédés

Méthode des volumes critiquesMéthode des volumes critiques

Concentration maximale tolérable : Cm / 95% des individus préservés (kg/m3)

volume critique : Emissions / Cm (m3)

indicateur Ecotoxicité aquatique :

Σ volumes critiques (m3 d ’eau polluée)

idem pour écotoxicité terrestre

49

26

Toxicité humaineToxicité humaine

Dose : kg inhalé ou ingéré / kg

respiration 20 m3/jour, eau : 2 l/jour poids : 70 kg

population P= 6 milliards, Va = 3 1018 m3

dose seuil Ds / 1 cancer pour 1000 ha soumis toute leur vie à cette dose ou / pas d’effet observé pour les maladies avec seuil

50

indicateur = Σ émissions air / Va x 20 x P / Ds + Σémis. eau / Ve x 2 x P / Ds

Indicateurs dérivés de modèlesIndicateurs dérivés de modèlesEuropean Uniform System for the Evaluation of Substances, RIVM

(Institut National de Santé Publique et d’Environnement, Pays Bas),

cf. http://ecb.jrc.it/

Émissions, compartiments écologiques (air, eau douce, eau de mer,

sédiments, sol nat. agri. et ind.), transport (vent, diffusion air/eau,

absorption, sédimentation, érosion, déposition, écoulements…),

(bio)dégradation (photochimie, hydrolyse…) -> concentration,

transferts (eau potable, nourriture : bioaccumulation) -> dose ->

effet (risques) interactions entre substances non prises en compte

51

effet (risques), interactions entre substances non prises en compte

100 000 substances commercialisées, quelques milliers

(inventaires), 250 (modèle européen EUSES)

Modèles orientés effets : DALY (Disability adjusted Life loss years),

PDF x m2 x an (percentage disappeared fraction of species)

27

Autre indicateur de V critiqueAutre indicateur de V critique

Odeurs, seuil de détection : concentration Cs / 50% d ’un échantillon représentatif détecte le produit

volume critique : Emission / Cs

indicateur Odeurs :

Σ volumes critiques (m3 d ’air pollué)

52

Energie primaireEnergie primaire

Pouvoir calorifique supérieur (PCS)

énergie de l ’uranium appauvri incluse ?

7.58 kg d ’Unat (0.7% U235) -> 1 TJe

1 kg U235 -> 128 TJ

8.2 kWh primaire pour 1 kWh électricité nucléaire

sinon 3.5 kWh primaire

53

hydraulique : énergie potentielle

énergies renouvelables incluses ?

28

Autres indicateursAutres indicateurs

Epuisement des ressources :

Σ Mi / réserves récupérables i, éventuellement prise en compte de la vitesse d’épuisement

consommation d ’eau : m3

déchets produits : tonnes, différents types

déchets radioactifs

54

Exposition EcoLogisExposition EcoLogis

55

29

Exposition EcoLogis (Comité 21)Exposition EcoLogis (Comité 21)

Comparaison avec une référenceComparaison avec une référence

00,20,40,60,8

1global warming

energy

acidificationradioactive waste

other waste

EcoLogisReference

56

smog

eutrophication

water

Description 2D Description 2D –– 3D : ALCYONE, www.izuba.fr3D : ALCYONE, www.izuba.fr

57

30

Modélisation du bâtimentModélisation du bâtiment

58

Lien avec l’outil de simulation thermique COMFIELien avec l’outil de simulation thermique COMFIE

Besoins de chauffageBesoins de chauffageet de climatisationet de climatisation

59

Profils deProfils detempératuretempérature

31

Equer, exemple de donnéesEquer, exemple de données

60

Equer, exemple de donnéesEquer, exemple de données

61Base Oekoinventare 1996 (ETHZ) puis www.ecoinvent.ch

32

EQUER : simulation du cycle de vieEQUER : simulation du cycle de vie

62

Calcul par pas de temps d’un an

EQUER, exemple de résultatsEQUER, exemple de résultats

63

33

EQUER, exemple de comparaison de variantesEQUER, exemple de comparaison de variantes

64

Contribution des différentes phasesContribution des différentes phases

65

34








66



Différentes échelles et ordres de grandeurDifférentes échelles et ordres de grandeur

67

35

NormalisationNormalisation

Objectif : représenter tous les indicateurs sur une même échelle, et mieux cerner l’importance de la contribution du produit aux différents impacts

Unité : équivalent habitant-année

Indicateur normalisé = indicateur / indicateur correspondant à un habitant sur une année

68

Exemple : 8 tonnes de CO2 émis par an par habitant en France, si l’indicateur est 800 tonnes pour un produit, l’indicateur normalisé vaut 100 hab-an.

EQUER, exemple d’écoEQUER, exemple d’éco--profilprofil

69

Unité commune à tous les indicateurs :Unité commune à tous les indicateurs :ÉquivalentÉquivalent--habitanthabitant--annéeannée

36








70



Phase d’interprétationPhase d’interprétation

Exemple, comparaison de deux variantes A et B

Impacts de A < ou > Impacts de B ?

Diffé > i tit d ?Différence > incertitudes ?

Vrai pour tous les impacts ? Sinon, vrai pour les impacts les plus élevés en équivalents habitants ? Évaluation multi-critères à mener avec les autres acteurs (maître d’ouvrage, parties concernées)

71

Vrai si on change certaines hypothèses (durée de vie du bâtiment, scénario de fin de vie…) -> analyses de sensibilité

37

Exemple dExemple d ’application : sources d’application : sources d ’impact’impact

0 8

0,9

1

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

transport

matériaux

eau

déchets ménagers

eau chaude

72

0

0,1

0,2

GWP10

0

energ

ie

acidi

ficati

onsm

og

eutro

phisa

tion

eau

électricité

chauffage

L’énergie dans le bilan environnementalL’énergie dans le bilan environnemental

80%

100%

20%

40%

60%

énergiematériaux

73

0%

20%

GJ

ENER

GY

m3

WAT

ER

E-9

RES

OU

RC

ES

t eq

WAS

TE

dm3

RAD

WAS

TE

t CO

2

GW

P100

kg S

O2

ACID

IFIC

ATIO

N

kg P

O4

EUTR

OPH

ICAT

ION

m3

ECO

TOX-

W

kg

HU

MAN

TO

X,

kg

O3-

SMO

G

Mm

3

OD

OU

R

38

Conception et comportement des occupantsConception et comportement des occupants

CONCEPTION : REFERENCE/HQE COMPOSANT REFERENCE (1) "HAUTE QUALITE

ENVIRONNEMENTALE" (2) ISOLATION 8 CM INTERIEURE 12 CM EXTERIEURE SURFACE VITREE 10 M2, ORIENTATION NORD 25 M2, ORIENTATION SUD VENTILATION VMC SIMPLE FLUX DOUBLE FLUX, EFFICACITE 0,5 EQUIPEMENTS SANITAIRES STANDARD A DEBIT REDUIT (DE 50%) EQUIPEMENTS POUR LE TRI DES POUR LE VERRE SEULEMENT POUR LE PAPIER ET LE VERRE

74

EQUIPEMENTS POUR LE TRI DES DECHETS

POUR LE VERRE SEULEMENT POUR LE PAPIER ET LE VERRE


COMPORTEMENT DES OCCUPANTS : ECONOME/GASPILLEUR PARAMETRES "ECONOME" (E) "GASPILLEUR" (G) TEMPERATURE DE CONSIGNE VARIABLE ENTRE 14°C ET 19°C 21°C CONSTAMMENT VENTILATION 0,5 VOLUME PAR HEURE 1 VOLUME PAR HEURE ELECTRICITE SPECIFIQUE 150 W 300 W EAU CHAUDE 40 L/PERSONNE/JOURA 60 L/PERSONNE/JOURA EAU FROIDE 80 L/PERSONNE/JOURA 150 L/PERSONNE/JOURA DECHETS MENAGERS 0,8 KG/PERSONNE/JOUR 1,5 KG/PERSONNE/JOUR TRI DU PAPIER 60%B 0% TRI DU VERRE 80% 0%

75

TRI DU VERRE 80% 0% A diviser par deux pour la conception "hqe", grâce a la réduction de débit B 0% dans la solution de référence car le tri du papier n'y est pas prévu

39


1climat

energieautres déchets

0

0,5g

acidification

smog

eutrophisation

eau

déchets rad.

ref dépensierhqe dépensier

ref econome

hqe econome

76

Limites de la méthode d’ACVLimites de la méthode d’ACV

Manque de données sur certains produits / procédés

incertitude sur le futur (gestion des déchets en fin de vie, mix électrique)

incertitude sur les indicateurs (ex. 35% sur le GWP des gaz autres que le CO2)

analyse multicritères

77

Non localisation des émissions, pistes : adapter les facteurs de caractérisation en fonction de la localisation (ex urbain/péri-urbain/rural, sol/hauteur)

40

ACV, quelques autres méthodesACV, quelques autres méthodes

Méthode TEAM-Bâtiment (ECOBILAN) : http://www.ecobilan.com/batiment/fr/Ecobilan-FDES-Systeme-information.php

ELODIE (CSTB) : elodie@cstb frELODIE (CSTB) : [email protected]

Méthode simplifiée PAPOOSE (TRIBU) : [email protected]

ECO-QUANTUM (Pays Bas) : http://www.ivam.uva.nl/uk/producten/product7.htm

LEGEP (Allemagne) : http://www legep de/

78

LEGEP (Allemagne) : http://www.legep.de/

ATHENA (Canada) : http://www.athenasmi.ca/

ENVEST (BRE) : www.bre.co.uk/services/ENVEST.html

…

Comparaison, réseau européen PRESCOComparaison, réseau européen PRESCO

79

Maison suisse FUTURAMaison suisse FUTURA, 210 m, 210 m22, ossature bois,, ossature bois,Chauffage gaz, 80 ansChauffage gaz, 80 ans

41

Comparaison d’outils ACV européens, PRESCOComparaison d’outils ACV européens, PRESCO

tons CO2 eq.

600700

0100200300400500600

COSTNTUM

OSOFTEST 2

QUER

SCALEEGEP

wood, end of lifewood, operationwood, construction

80

Écarts +- 10% sur le cycle de vieCf. http://www.etn-presco.net/

BEC

ECO-QUAN

ECOSENVES

EQUESC LE

G

SB ToolSB Tool

5

6

0

1

2

3

4

y d r s G S n e t s Q rt n s y ty e y

before renovationafter renovation

81

-2

-1Ene

rgy Land

Water

Materia

lsGHG

ODS

Acidific

ation

Solid w

aste

Effluen

t

Site im

pacts IA

Q

Therm

al co

mfort

Illumina

tion

Acous

tics

Adapta

bility

Contro

llabil

ity

Maintai

n perf

orman

ce

Amenity

42

Limites de SB Tool en conceptionLimites de SB Tool en conception

confort hygrothermique, climatisation nécessaire

indicateurs non adaptés au projet

références non adaptées

évaluation subjective des indicateurs

mélange les niveaux bâtiment et ville

faible sensibilité aux choix de conception

82

-> outil adapté à un concours international mais pas à une utilisation professionnelle en conception

Méthode BREEAM (GB)Méthode BREEAM (GB)

système de points associant performance et moyens

indicateurs de performance : émissions de CO2 , bruit < 5 db de

plus autour du bâtiment, éclairage naturel,

confort acoustique et thermique

indicateurs de moyens : chaudières bas NOx, choix des fluides

frigorigènes (clim), bois issu de forêts bien gérées, utilisation

d’agrégats recyclés, hauteur < 30 m ou égale aux autres bâtiments,

83

sanitaires économes, équipements pour les cyclistes, éviter

formaldéhyde, traitement du bois sur site, luminaires économes…

43

Calcul des coûts des dommages Calcul des coûts des dommages

par l’outil «impacts pathways»par l’outil «impacts pathways»

84

Exemple, REX «Exemple, REX « HQEHQE » à Castanet Tolosan» à Castanet Tolosan

85

Architecte : Dominique de VallicourtArchitecte : Dominique de Vallicourt

44

Caractéristiques des maisonsCaractéristiques des maisons

Caractéristiques Référence REX Castanetqmurs 20 cm parpaings

8 cm polystyrène20 cm brique5 cm laine de verre

toit 20 cm laine de verre 20 cm laine de verredalle 6 cm polystyrène non isoléevitrages DV classiques DV classiquesventilation VMC VMC hygroréglableB i d h ff 70 kWh/ 2/ 70 kWh/ 2/

86

Besoins de chauffage 70 kWh/m2/an 70 kWh/m2/an

Ecoprofil comparatifEcoprofil comparatif

87

45

Plan de masse du lotissementPlan de masse du lotissement

88

Urbanisme solaireUrbanisme solaire

89

Architecte : Rolf DischArchitecte : Rolf Disch

46

Maison lauréate du concours ObservMaison lauréate du concours Observ ’ER «’ER « Habitat solaireHabitat solaire »»

90

Architecte : Yves Perret (atelier de l’Entre)Architecte : Yves Perret (atelier de l’Entre)

Bois et stockage de COBois et stockage de CO22

Photosynthèse (simplification) :

8.4 CO2 + 12 H2O -> C8.4H12O5.4 + 8.7 O2 + 6 H2O

1.85 kg CO2 pour 1 kg de bois

Procédés : plusieurs kg pour 1 kg final, tronçonneuse,

transport, séchage, scie

Global warming potential : entre -1.44 et -1.7 kg CO2

91

par kg de produit final

Fin de vie : incinération : +1.47 kg CO2, décharge :

+0.0036 kg CO2

47

Comparaison à la maison de référenceComparaison à la maison de référence

2000

2500

500

1000

1500

mis

sion

s de

CO

2 (to

nnes

)

RéférenceMaison lauréate

92

-500

0Construction Utilisation Total

ém

Lotissement solaire de Mouzon (Ardennes, 1992)Lotissement solaire de Mouzon (Ardennes, 1992)

6 maisons de 110 m6 maisons de 110 m22, , 4 i ( T b )4 i ( T b )

Isolation transparenteIsolation transparente

4 passives (murs Trombe) 4 passives (murs Trombe) et 2 actives (capteurs à air)et 2 actives (capteurs à air)Architecte : Jacques MichelArchitecte : Jacques Michel

93

2 matériaux comparés :2 matériaux comparés :Polycarbonate, et OkaluxPolycarbonate, et Okalux

48

Mur Trombe à isolation transparenteMur Trombe à isolation transparente

94

Résultats de mesure (hiver)Résultats de mesure (hiver)

REDUCTION DES BESOINS DE CHAUFFAGE

20

25

1500

1750

Chauffage (W)

journée d'hiver ensoleillée

-5

0

5

10

15

20

T.(°C)

250

500

750

1000

1250

1500

T. extérieureT. maison

95

-100 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

heure

0

T. maisonChauffage

49

Comparaison avec une référenceComparaison avec une référence

1

8777,5ENERGY (GJ)

28113098,4

0

0,2

0,4

0,6

0,8

2811WATER (m3)

3,9RESOURCES (E-09)

121,8WASTE (tons)

18,7RADWASTE (dm3)

200 552 7

692276,7ECOTOX-W (m3)

1625HUMAN TOX. (kg)

58,4O3-SMOG (kg eq. C2H4)

3098,4ODOUR (m3)

greensolar

96

200,5GWP100 (ton eq. CO2)

561,1ACIDIFICATION (kg eq. SO2)

52,7EUTROPHICATION (kg eq. PO4)

Bâtiment tertiaire à MèzeBâtiment tertiaire à Mèze

NNNN

97Architecte : Gilles ChicaudArchitecte : Gilles Chicaud

50

Caractéristiques comparativesCaractéristiques comparatives

Caractéristique Référence Le Nautilecomposition des murs 20 cm béton

8 cm polystyrèneossature bois10 cm cellulose recyclée

isolation toiture 9 cm polystyrène 16 cm cellulose recycléevitrages DV classique DV basse émissivitébesoins de chauffage 35 kWh/m2/an 15 kWh/m2/anbesoins de climatisation 50 kWh/m2/an 6 kWh/m2/an

98

Ecoprofil comparatifEcoprofil comparatif

1

GJENERGY

m3Mm3

00.20.40.60.8 WATER

E-9RESOURCES

t eqWASTE

dm3RADWASTE

m3ECOTOX-W

kg HUMAN TOX.

kg O3-SMOG

ODOUR

99

t CO2GWP100

kg SO2ACIDIFICATION

kg PO4EUTROPHICATION

Référence Nautile

51

Groupe scolaire bioclimatique à BaigneuxGroupe scolaire bioclimatique à Baigneux

100

Architecte : Jean BouillotArchitecte : Jean BouillotBesoins de chauffage : 50 kWh/mBesoins de chauffage : 50 kWh/m22/an/an

Bâtiment HLM à MontreuilBâtiment HLM à Montreuil

101

Construction : 1969, non isolé, simple vitrageConstruction : 1969, non isolé, simple vitrageBesoins de chauffage : 160 kWh/mBesoins de chauffage : 160 kWh/m22/an/an

52

Analyse du site, exposition des façadesAnalyse du site, exposition des façades

102

Cette façade se prête-t-elle à la valorisation solaire ?

Etude des masques, exposition des façadesEtude des masques, exposition des façades

azimut, 0° = sud90° = ouesth t

103

Juin

Décembre

hauteur0° = horiz.90° = vert.

53

Evolution des vitragesEvolution des vitrages

100

200

-300

-200

-100

0

simple

vitra

ge

doub

le vit

rage

couc

he du

re

couc

he te

ndre

argon

triple

vitrag

emur

kWh/

m2/

an

gains kWh/m2pertes kWh/m2

104

-400

50% de la façade étant vitré, le choix des vitrages est essentiel

Basse émissivité et lame d’argon préférable,

bilan global pertes / apports -> couches dures au sud

Influence de la surface vitréeInfluence de la surface vitrée

15000

16000

[kW

h

nordouestestsud

10000

11000

12000

13000

14000

0 10 20 30 40 50 60

Con

som

mat

ion

glob

ale

ZoneZone

105

0 10 20 30 40 50 60

Surface équivalent sud [%]

Une surface vitrée sud fait baisser la consommation, une surface nord Une surface vitrée sud fait baisser la consommation, une surface nord la fait augmenter. Il existe un optimum pour l’est et l’ouest (surfacela fait augmenter. Il existe un optimum pour l’est et l’ouest (surfaceéquivalente sud = environ 15% de la surface au sol). U= 1.9 W/m2/Kéquivalente sud = environ 15% de la surface au sol). U= 1.9 W/m2/K

ZoneZoneH1H1

54

Résultats de l’analyse thermiqueRésultats de l’analyse thermique

160

180

n) simple vitrage

80

100

120

140

oins

de

chau

ffage

(kW

h/m

2/an

p g

double vitrage

vitrage basse émissivité

106

40

60

0 2 4 6 8 10 12 14

épaisseur d'isolant (cm)

beso balcon vitré

Epaisseur d’isolationEpaisseur d’isolation

12000

14000

ons)

2000

4000

6000

8000

10000

CO

2 em

issi

ons

(to

constructionoperationtotal

107

00 10 20 30 40 50

insulation thickness (cm)

55

Orientation des façadesOrientation des façades

108

Façade sudFaçade sud Façade ouestFaçade ouest

Canicule 2003 (15 000 décès)Canicule 2003 (15 000 décès)

August 1-14 2003

4550

510152025303540

5

tem

pera

ture

s (°C

)

OutdoorBalconyLiving roombedroom

109

05

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

days

Écart de 10°C entre extérieur et intérieur grâce à la forte inertieL’isolation thermique protège du froid mais aussi du chaud

56

Résultats de l’analyse de cycle de vie, outil EQUERRésultats de l’analyse de cycle de vie, outil EQUER

1

GJENERGY

m3Mm3 EQUER

00.20.40.60.8 WATER

E-9RESOUR.

t eqWASTE

dm3kg PO4

m3ECOTOX-W

kgO3-SMOG

ODOUR Building life cycle simulation tool

110

dm3RADWASTE

t CO2GWP100

kg SO2ACIDIF.

kg PO4EUTROP.

Montreuil beforeMontreuil renoMontreuil euroMontreuil wood

Bâtiment après rénovationBâtiment après rénovation

111

Besoins de chauffage : Besoins de chauffage : -- 32% et non 32% et non ––50% car température des 50% car température des logements +3logements +3°°C (de 20C (de 20°°C à 23C à 23°°C), action en cours de l’OPHLMC), action en cours de l’OPHLMEmissions : Emissions : -- 76 tonnes CO76 tonnes CO22 par anpar an

57

Bilan économiqueBilan économique

coût de l’opération : 265 000 € + démonstration185 000 €, 5000 € + 3 500 € par logement

temps de retour global : 15 ans

certaines technologies plus rentables que d’autres :Vitrages à basse émissivité et lame d’argon (+++ : 2 ans)

pommes de douche à débit réduit (+++)

Ventilation hygro-réglable (++)

112

Isolation plus épaisse ( 20 ans )

Balcons vitrés

Eau chaude solaire

Projet européen SOLANOVA, HongrieProjet européen SOLANOVA, Hongrie

113

Ventilation double fluxTraitement des ponts thermiquesConsommation de chauffagemesurée : 39 kWh/m2/an

58

Standard «Standard « maisons passivesmaisons passives »»

Résidence Salvatierra, RennesRésidence Salvatierra, Rennes

114

Architecte : Jean-Yves BarrierObjectif : Besoins de chauffage < 15 kWh/m2/anRésultat des mesures (INSA de Rennes) : 41 -> 21 kWh/m2/anAnalyse : ventilation double flux, façade en bauge ?

Exemple d’application : Formerie (Oise)Exemple d’application : Formerie (Oise)

115

2 maisons passives, Oise, 2 x 135 m2

Entreprise : Les AirellesEN ACT architecture

59

Résultats des simulations, hiverRésultats des simulations, hiver

Besoins annuels de chauffage

50

60

70

80

m2

Comparaison à la référence RT2005avec la même géométrie

Variation des besoins6 kWh/m2/an

0

10

20

30

40

RT2005 Maison passive

kWh/

m

Chauffage à 19°C

116

Variation des besoins de chauffage enfonction de l’épaisseurd’isolation

Résultats des simulations, été (canicule 2003)Résultats des simulations, été (canicule 2003)

Modélisation dupuits canadien

Températures en période caniculaire,d é j 27°C

40°C

34°C

sans climatisation :

117

degrés-jours >27°Cdivisés par 2 avec le puits canadienClimatisation :

2,5 kWh/m231,5°Cavec le puits

60

Contribution de l’énergie «Contribution de l’énergie « grisegrise » au bilan global» au bilan global

118

Résultats de l’analyse de cycle de vieRésultats de l’analyse de cycle de vie

400500600700800

de

CO

2

démolitionrénovationfonctionnement

2 maisonsSur 80 ans

Comparaison

0100200300

00

RT2005 maisonpassive

tonn

es

fonctionnementconstruction Comparaison

à la référenceRT2005 avecchauffage gaz

12

14

16

18

20

dioa

ctifs

350

400

450

08

1,0

1,2

dues

119

0

2

4

6

8

10

12

RT2005 maison passive

dm3

de d

éche

ts ra

d

0

50

100

150

200

250

300


0,0

0,2

0,4

0,6

0,8


anné

es d

e vi

e pe

rd

Intérêt de l’énergie positive

61

ACV des systèmes photovoltaïques, résultatsACV des systèmes photovoltaïques, résultats

temps de retour énergétique (ans)

6

7

0

1

2

3

4

5

e n

temps de retourénergétique (ans)

120

PV, Oek

oinve

ntare

PV, Carn

egie

Mellon

Résultats du projet européen PREDACRésultats du projet européen PREDAC

50

0

50

kWh/

m2/

an

-250

-200

-150

-100

-50

rodu

ctio

n d'

éner

gie,

k

labelréglementation

121

« hqe » = 2 à 5 x minergie, 4 à 8 x maison passive

-300

BE

C

BE

450

RT2

005

gaz

RT2

005

elec

HQ

E g

az

HQ

E e

lec

Pas

siv

Hau

s

EnE

V

Plu

s E

nerg

ieH

aus

Min

ergi

e

EP

C

SA

P

AutricheBelgiqueFrance France France France RFA RFA RFA Suisse PaysBas

RoyaumeUni

pr

62

Maisons à énergie positive, FreiburgMaisons à énergie positive, Freiburg

122

Architecte : Rolf DischConsos de chauffage+ecs mesurées (U. Wuppertal) : 25 kWh/m2/anConsommation élec : 21 kWh/m2/an Production PV : 43 kWh/m2/an-> bilan positif en énergie primaire

Diagnostic de performance des bâtimentsDiagnostic de performance des bâtiments

123Énergie primaire, kWh/m2/an

63

Projet européen eProjet européen e--coco--housinghousing

124

Montreuil (arch. J. Brûlé)

Trondheim (Norvège)

Comparaison Comparaison d’ alternativesd’ alternatives

ARIADNEARIADNE ALCYONE COMFIE EQUER ARIADNE

00,20,40,60,8

11,2

ENERGY 3,79E+05 GJ

WATER 8,09E+05 m3

RESOURCE 1,93E+02 E-9

WASTE 2,27E+04 t eq

RAD WASTE 7 64E+02 dm3ECOTOX W 8 28E+07 m3

HUM-TOX. 5,99E+04 kg

O3-SMOG 1,16E+04 kg C2H4

ODOUR 1,34E+05 Mm3

StandardBasicImproved

125

RAD. WASTE 7,64E+02 dm3

GWP100 1,04E+04 t CO2

ACIDIF. 2,20E+04 kg SO2

EUTROPH. 3,63E+04 kg PO4

ECOTOX-W 8,28E+07 m3

Projet Besoins de chauffage KWh/m2/an

Energie primaire GJ/m2/an

Emissions de CO2 kg CO2/m2/an

Svartlamon 60 0.78 4 Montreuil 50 1.25 30 Dunaujvaros 30 0.93 35

64

Exemple d’application : Lyon ConfluenceExemple d’application : Lyon Confluencerequalification de lapresqu’île, derrière la gareSNCF de Perrache, soit prèsde 150 hade 150 halogements au nord etinstallations logistiques enfin de vie au sud (marché degros, entrepôts, port decommerce, voies ferrées)de 7 à 25 000 habitants, de 7

126

000 à 20 000 emplois, environun million de m2 construits,50% logementimplantation d’activités enpieds d’immeuble

Exemple d’application : Lyon ConfluenceExemple d’application : Lyon Confluence

Îlots A, B etC, environ 60000 m2 delogements et15 000 m2 debureaux, 70000 m2

d’espaceserts r es

127

verts, rues,quais…

Quelle est la performance environnementale de ce projet, pourrait-on l’améliorer ?

65

Objectifs fixés pr la SEM Lyon ConfluenceObjectifs fixés pr la SEM Lyon Confluence

confort et la qualité de vie (confort thermique d’hiver et d’été, conforts acoustique, visuel et olfactif, maîtrise des risques sur la santé et aménagement des espaces extérieurs),

émissions de CO2 < 7 kg/m2, déchets radioactifs < 2 g/m2

programme européen Concerto, 35% de subventions :

Réduction de 40% des besoins par rapport à la RT 2000,

consommation énergie finale par an : logements bureaux

chauffage 60 kWh / m² 40kWh / m²

128

g

électricité 25 kWh / m² 35 kWh / m²

eau chaude sanitaire 25 kWh / m² 5 kWh / m²

besoins couverts à 80% par les énergies renouvelables

Démarche adoptéeDémarche adoptée

Standard actuel : réglementation thermique, matériaux et techniques usuels

Projet, selon les objectifs du programme européen CONCERTO : RT 2000 – 40%, 80% de chaleur et 50% d’électricité (parties communes) par ENR

Meilleures pratiques : sur-isolation, triple vitrage, f

129

traitement des ponts thermiques, double flux (« maisons passives »)

66

Modélisation des bâtiments, logiciel ALCYONEModélisation des bâtiments, logiciel ALCYONE

www.izuba.fr

plans par niveaux

-> vue 3D

130

3 îlots, 20 bâtiments3 îlots, 20 bâtiments

Prise en comptedes masquesgénérés par lesgénérés par lesbâtiments adjacents

131

67

Prise en compte des masquesPrise en compte des masques

132

Ilot A, Masques engendrés par les bâtiment A, B et C sur la façade sud du bâtiment D

Résultats de l’analyse thermique, logiciel COMFIERésultats de l’analyse thermique, logiciel COMFIE

404550

Wh

/ m².a

n

5101520253035

oins

de

chau

ffage

en

kW

133

0Standard Base Meilleures PratiquesB

eso

Moyenne sur l’ensemble des bâtimentsVariation de 1 à 3 selon l’architecture(bâtiments 1 et 10 de l’îlot B, mêmes technologies)

68

Différentes morphologies, îlot BDifférentes morphologies, îlot B

Bâtiment 1, peu compact,Exposition Nord

Variation de 1 à 3 selon

Bâtiment 10, orienté Sud

Variation de 1 à 3 selon l’architecture : bâtiments 1 et 10 (mêmes technologies)

134

Principales hypothèses de l’analyse de cycle de viePrincipales hypothèses de l’analyse de cycle de vie

Variante standard chauffée au gaz, 80% bois et 20% gaz dans les 2 autres variantes

Électricité du réseau en standard 50%Électricité du réseau en standard, 50% photovoltaïque dans les 2 autres variantes

40% d’économie d’eau et 40% ECS solaire

Éclairage public au sodium

Quais et dalle ouest de l’îlot C plus perméables

135

Quais et dalle ouest de l îlot C plus perméables

Rétention de 90% des eaux pluviales, utilisation pour l’arrosage des espaces verts

69

Résultats de l’analyse de cycle de vieRésultats de l’analyse de cycle de vie

136

Base : impacts environnementaux réduits sauféco-toxicité et toxicité humaine (chaudière bois)Meilleures pratiques, réduction de tous les impacts

5 étapes (énergie, eau, matériaux)5 étapes (énergie, eau, matériaux)

Limiter les besoins par la sobriété (chauffage à 19°C, douches/bains, emballages),

l’efficacité (isolation, débit réduit, enveloppe légère au nord)

Utiliser les ressources renouvelables

Compléter en minimisant les impacts

137

Informer les utilisateurs (régulation, gestion, maintenance)

70

ConclusionsConclusions

Pas de « HQE » sans performance énergétique, intérêt des ENR

Matériaux deviennent importants, évaluation par bilan sur le cycle de vie

Quelques outils, incertitudes, données françaises encore imprécises

138

Santé : encore plus de lacunes

Intégrer des niveaux de performance dans les programmes, ex. Lyon Confluence (CO2 et rad.)

BibliographieBibliographie

La maison des négawatts, T. Salomon et S. Bedel, Terre Vivante, 1999

Guide de l’habitat sain, S. et P. Déoux, Medieco,Guide de l habitat sain, S. et P. Déoux, Medieco, 2004

L’architecture écologique, Dominique Gauzin-Müller, Ed. Le Moniteur, 2001

Guide de l’architecture bioclimatique (tomes 1 à 6),

139

Observ’ER, 1996-2004

Eco-conception des bâtiments et des quartiers, B. Peuportier, Presses de l’EMP, 2008

71

Projet européen EASE : wwwProjet européen EASE : www--cenerg.ensmp.fr/easecenerg.ensmp.fr/ease

Partners :EMP, ParisIFIB, KarlsruheFhg ISE, FreiburgW/E, GoudaERG, DublinMELETITIKI, AthensUniv. of Trondheim

140

etc.

Training for Renovated Energy Efficient Social housing (TREES)

Supported by

Social housing (TREES)

site web : http://www.cep.ensmp.fr/trees/

Matériel pédagogique (transparents et textes) :- Techniques (isolation, vitrages, ventilation, solaire, équipements)

141

équipements)- Outils (calculs thermiques, ACV, coûts…)- Etudes de cas (Allemagne, Suède, Norvège, Pays Bas,Hongrie et France)

écoéco--conception des bâtimentsconception des bâtiments · co : bd' d b ti t 14 t 18...

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