Energie et Carbone : les solutions chaleur renouvelable face à la future RE 2020

Cette étude est une 1ère réponse à la question de l’efficience des générateurs en 2021, dans l’attente des résultats du moteur de calcul RE 2020 en cours de simulation.

Le principe est de calculer les performances des différentes solutions de chaleur renouvelable, notamment les solutions pompes à chaleur, avec les paramètres du moteur actuel de l’expérimentation E+C-, puis de corriger les résultats en prenant en compte la nouvelle donne pour l’électricité en énergie et en carbone de la future RE 2020 réglementation environnementale : un coefficient d’énergie primaire (CEP) abaissé de 2.58 à 2.3 et des émissions carbone réduites de 180 à 79 g C02/kWh.

Cette étude a été réalisée et présentée par Valérie Laplagne, responsable technique chaleur renouvelable chez UNICLIMA, lors de la 5ème journée de la Pompe à Chaleur du 10 mars 2020.

Le comparatif, effectué sur deux marchés clés - la maison individuelle et le logement collectif -, compare l’efficience Energie-Carbone de plusieurs types d’équipements. A noter que le ratio de chaleur renouvelable (RCR) est ramené aux usages immobiliers et ne prend pas en compte l’énergie des usages mobiliers.

Pompe à chaleur double service dans maison individuelle neuve

La maison individuelle

6 solutions Energie Renouvelable  sont testées avec, comme standard de bâti, une maison Bbio -24%, en zone médiane H2b.

1. Chaudière gaz + chauffe-eau solaire individuel (CESI option 2 m²),
2. Chaudière gaz + chauffe-eau thermodynamique (CET),
3. PAC air/air + EJ + CET + Photovoltaïque 1,5 m²,
4. Poêle bois + EJ + CET,
5. PAC double service (DS) air/eau
6. Chaudière hybride

EJ = Effet Joule
CET = Chauffe-eau thermodynamique
PAC = Pompe à chaleur
DS = Double Service (chauffage et eau chaude sanitaire)

Impact en énergie

Sur le graphe n°1, la ligne horizontale de couleur bleue représente le niveau Energie 2 de l’expérimentation E+C -.
Chaque barre verticale représente une variante de solution. La partie de rose claire indique la performance avec le facteur énergétique de l’électricité actuel (2,58) La partie rose foncé estime la performance en tenant compte de l’indicateur réglementation RE 2020, en cours de tests (2,3).

Le constat : Avec la valeur 2,58, les solutions passent le niveau Energie 2 sauf la solution PAC air-air avec Effet Joule qui nécessiterait donc un bâti plus exigeant sur le plan de l’isolation. En revanche, avec une valeur de 2.3, la solution avec Effet Joule passe sans autre effort sur l’enveloppe. Si l’on veut garder l‘équilibre de ses solutions, il est donc nécessaire de renforcer le seuil du rapport des facteurs 2,3/2,58, soit de –11% comme l’indique la ligne rouge sur le graphe n° 2. A noter la ligne verte de ce graphe indique le ratio de chaleur renouvelable qui va, selon les solutions, de 20% à presque 50%.

Impact en carbone

Le graphe n° 3 présente les calculs de l’impact carbone en exploitation, toujours pour une Maison Individuelle en zone médiane et avec les mêmes solutions. Les barres de couleur bleue reprennent les facteurs C02 actuels de l’électricité et les barres de couleur rose foncé les nouveaux facteurs d’émissions envisagés par la réglementation Environnementale RE 2020.

Résultat : Si le changement de niveau n’a presque pas d’impact sur les solutions gaz, en revanche, il entraine une modification significative des impacts de -37% sur la solution à effet joule et de -27% avec la PAC double service (DS).  

Le graphe n°4 montre l’impact sur le carbone total de la maison qui est plus mesuré. Il est presque nul pour les chaudières gaz et ramené à -9% pour la solution à effet Joule et -6% pour la Pompe à Chaleur Double Service. 

« Si on voulait, ce qui sera probablement proposé à la concertation, mettre une exigence sur le carbone à la place de la chaleur renouvelable, un problème se poserait, alerte Valérie Laplagne. Certaines solutions renouvelables auront du mal passer avec probablement pour conséquence une part importante donnée à la solution avec Effet Joule qui se positionne mieux sur le plan économique. »

Impact en carbone avec PEP (profil environnemental produit) en Maison Individuelle (MI)

Le graphes n°5 reprend les variantes avec un calcul forfaitaire du lot CVC - une possibilité donnée en l’absence de déclaration environnementale par équipement (PEP), par un calcul plus détaillé prenant les données environnementales précises de toutes les composantes du lot CVC. Le graphe de droite montre, pour la variante pompe à chaleur Double Service, la différence entre le calcul forfaitaire pour le lot CVC et le calcul détaillé avec des PEP (profil environnemental produit) pour les composants du lot CVC (-17%). Il souligne, à nouveau, l’intérêt de prescrire des produits ou des systèmes disposant de données environnementales.

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Le logement collectif

Valérie Laplagne a réalisé les mêmes calculs pour les immeubles d’habitation sur le même principe et la même base : un bâti Bbio max -24% en zone médiane H2b et plusieurs variantes avec EnR : Chaudière gaz collectif + solaire thermique, gaz collectif + CET collectif, chaudière collective granulés, PAC géothermique collective Double Service, PAC air/air + EJ + CET (Bbio renforcé -40%) et Réseau de chaleur 70% EnR.

Impact en énergie

Sur le graphe n°6 : en rose clair, la performance avec le facteur énergétique actuel (2.58) et en rose foncé, la performance avec le facteur CEP électricité prévu pour la RE 2020 (2.3). Tous les systèmes passent le niveau énergie 2. Le graphe n°7 souligne que sur la partie EnR (ligne verte), les ratios atteints sont plus faibles qu’en Maison Individuelle : de l’ordre de 15% gaz collectif + solaire thermique (1 m² par logement) à près de 70% (chaudière granulés collective). 

« Ainsi il y a un risque que la solution à Effet Joule soit prépondérante au détriment des autres solutions de chaleur renouvelable, estime Valérie Laplagne. C’est pourquoi, il est nécessaire de renforcer le seuil d’un rapport 2,3/2,58, soit de –11%, comme le montre la ligne rouge sur le graphe n°7. »

Impact en carbone

Graphe n°8. Le même exercice de comparaison sur le carbone - en bleu facteurs d’émission E+C-, en rose foncé, facteurs d’émission projet RE 2020 – souligne, également et logiquement, très peu de changement pour les solutions gaz individuel (-0,95%) et collectif (-1,54%).  
En revanche, l’impact est significatif pour les systèmes électriques à effet joule (-41%) et les PAC double service géothermique sur nappe - eau (-24%), déjà beaucoup plus performantes. (graphe n°9). 

Graphe n°9. Si on considère le carbone total – construction et exploitation – les impacts sont plus faibles : solution gaz individuel (-0,95%) et collectif (-1,54%), solution électrique à effet joule (-14%) et PAC géothermique double service (-5%). 

« La conclusion est identique à la maison individuelle, précise Valérie Laplagne. Si on veut utiliser le bilan carbone exploitation pour favoriser la chaleur renouvelable, on va retrouver toutes les solutions EnR sauf celle en gaz avec une confrontation des systèmes Effet Joule + CET individuel sur air extrait et les PAC double service géothermique, mais avec un avantage économique pour la solution avec Effet Joule. » 

Impact en carbone avec PEP

Le même travail est réalisé avec un calcul plus détaillé grâce aux PEP complètes du lot CVC disponibles pour une PAC géothermique collective. Sur le graphe de droite, les résultats donnent un gain d’émission de carbone total de -12%. Là aussi le choix de systèmes et de composants bénéficiant de fiches PEP sera à privilégier.

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Les solutions pompes à chaleur resteront très efficiences avec la RE 2020

« En résumé, cette étude démontre que si la modification des facteurs énergie primaire et d’émissions carbone envisagée s’applique finalement à la future Réglementation Environnementale 2020, les solutions PAC resteront très bien positionnées, en énergie ou en carbone, et d’autant mieux si on peut utiliser les données environnementales des PEP, conclue Valérie Laplagne. Toutefois, il convient d’adapter le seuil de consommation d’un rapport 2;3/2,58 si on veut garder les équilibres des solutions techniques et ne pas remplacer l’exigence de chaleur renouvelable par celle du Carbone en exploitation, si on veut permettre à toutes les solutions de se déployer en logement collectif »  

A noter que l’étude se concentre sur les solutions de chaleur renouvelable les plus courantes en maison individuelle et logements collectifs. Elle ne prend donc que peu en compte les systèmes EnR solaire thermique et photovoltaïque. Il s’agit d’une première approche et Uniclima devrait compléter et enrichir son étude.

La caractérisation des sources de chaleur en termes de performance climat selon le niveau de chaleur renouvelable.

Dans son intervention qui a précédé celle de Valérie Laplagne, Emmanuel Acchiardi, Sous-directeur de la qualité et du développement durable dans la construction, a présenté ce schéma. Il synthétise bien le positionnement des systèmes de chauffage en matière d'impact carbone, suite, notamment, aux expérimentations E+C-, et confirme les résultats de l'étude UNICLIMA.

La chaleur renouvelable, qui est l'un des grands enjeux de la programmation pluriannuelle énergétique (PPE) est un des facteurs testé dans le cadre des simulations de la RE 2020 pour atteindre l'objectif de neutralité carbone. Ce ratio sera plutôt un objectif de moyen et, derrière ces tests et les choix qui seront faits, nous avons à mener un débat sur la façon dont les acteurs du bâtiment pourront s'emparer du sujet.

SOURCES ET LIENS