[Dossier Biosourcés #12] Analyse du cycle de vie du Collège Notre-Dame de Bon Secours à Binche (Belgique)

En Belgique, un outil d’évaluation environnementale par ACV des bâtiments, TOTEM, est développé par les autorités régionales. Pour l’instant, cet outil utilise des données génériques de la base de données Eco-invent. 17 impacts environnementaux sont évalués et un facteur de monétarisation est appliqué à chaque impact pour exprimer des résultats sous la forme d’un score unique exprimé en euros/m² correspondant théoriquement à la compensation des impacts du projet. TOTEM a été utilisé pour l’évaluation du collège Notre-Dame de Bon Secours à Binche, première école utilisant la paille comme isolation en Wallonie.

Qu’est-ce qu’une analyse du cycle de vie ?

L’analyse du cycle de vie, ou ACV, est une méthode d’évaluation des impacts environnementaux. Celle-ci tient compte de tous les aspects de l’utilisation des ressources d’un système industriel, depuis le berceau jusqu’à la tombe.

Plus précisément, il s’agit d’une vision holistique des interactions environnementales qui couvrent une gamme d’activités depuis l’extraction des matières premières, en passant par la production, l’utilisation de l’énergie jusqu’à la réutilisation ou l’élimination finale d’un produit. L’ACV est un outil destiné initialement à la comparaison de produits et systèmes, et non à l’évaluation absolue. Il a pour objectif d’aider les décideurs à comparer tous les impacts environnementaux majeurs lorsqu’ils doivent choisir des alternatives[1].

L’ACV a été définie comme une méthode générique applicable dans l’ISO 14040 et l’ISO 14044. Une documentation exhaustive sur l’ACV est disponible dans le Guide de l’ILCD [ILCD 2011a, 2011b, 2010c]. Des définitions plus précises sur la réalisation des ACV dans l’industrie de la construction sont reprises dans les normes EN 15804 et EN 15978[2].

Figure 1: Bâtiment - Évaluation du cycle de vie selon l’ISO 14000 - Déclaration des produits environnementaux du cycle de vie du bâtiment (source :  environnement.brusssels)

Pourquoi les ACV sont-elles importantes pour le secteur de la construction ?

Au cours des 20 dernières années, l’efficacité énergétique est devenue un aspect de plus en plus important de la programmation et de l’évaluation des bâtiments, ainsi qu’un sujet de législation au sein de l’UE. En conséquence, la consommation d’énergie opérationnelle des bâtiments neufs et rénovés a considérablement diminué au cours de cette période2.

La Figure 2 montre le rapport entre l’énergie opérationnelle en phase d’exploitation du bâtiment (pour les utilisations réglementées telles que le chauffage, la ventilation, le refroidissement et l’éclairage selon la règlementation thermique) et l’énergie « grise » due à la fabrication des produits de construction et à leur fin de vie. Pour les bâtiments plus anciens, la phase d’utilisation domine largement toutes les autres étapes du cycle de vie. Les nouveaux bâtiments quant à eux peuvent avoir une consommation très faible s’ils sont conformes à la norme Passivhaus (moins de 15 kWh d’énergie finale par m² par an pour le chauffage). Les nouvelles construction « énergie positive » peuvent même être des producteurs nets d’énergie. Par conséquent, le rapport entre les impacts opérationnels (phase d’utilisation) et l’impact des matériaux (par ex. pour la production et la gestion en fin de vie) est maintenant plus ou moins équilibrée.

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Ces changements soulignent, qu’en plus d’optimiser la phase d’utilisation d’un bâtiment, il est également important de tenir compte des impacts des matériaux utilisés dans sa construction.

Par conséquent, la conception de bâtiments performants doit maintenant tenir compte de l’analyse du cycle de vie « du berceau à la tombe » ; la consommation d’énergie en exploitation n’étant qu’un aspect environnemental dans un cadre multicritère.

La paille, en tant que matériau d’isolation, peut relever ce défi en offrant des niveaux élevés d’isolation associés à un matériau à faible impact environnemental.

Figure 2 : Ratio entre la phase d’utilisation et la phase de production/fin de vie pour un bâtiment vieux de 10 à 20 ans par rapport à un bâtiment neuf type Passivhaus (Source : Wittstock et al., 2012, EeBGuide Guidance Document Part B: BUILDINGS, http://www.eebguide.eu/?page_id=704.)

Le collège Notre-Dame de Bon Secours à Binche

Le Collège est la première école utilisant la paille comme isolation en Wallonie (Belgique). Le bâtiment, en service depuis 2017, a une surface utile de 532 m² pour 8 salles de classe.

La paille est utilisée pour l’isolation des murs. Les caissons bois/paille recouverts d’un enduit d’argile sont préfabriqués en usine par l’entreprise Paille-Tech. Le toit et la dalle de sol sont quant à eux isolés avec du liège.  La ventilation est assurée par une centrale à double-flux avec un rendement d’échange de chaleur de 80%. L’étanchéité à l’air a été estimée par un test d’infiltrométrie à 0.51 volume par heure (inférieur à l’exigence Passivhaus de 0.6 volume par heure). Les fenêtres extérieures sont en double vitrage. La consommation de chauffage, calculée par simulation énergétique du bâtiment, est estimée à 37 kWh/m².an.

Figure 3 : le nouveau bâtiment de l’école utilisant la paille pour l’isolation des murs

Analyse du cycle de vie de l’école

En Belgique, un outil d’évaluation de l’ACV des bâtiments, TOTEM, est développé par les autorités régionales. Pour l’instant, cet outil utilise des données génériques de la base de données Eco-invent.

Dans l’outil TOTEM, 17 impacts environnementaux sont évalués et un facteur de monétarisation est appliqué à chaque impact pour exprimer des résultats sous la forme d’un score unique exprimé en euros/m² correspondant théoriquement à la compensation des impacts du projet.

L’évaluation initiale est basée sur le bâtiment en paille existant. Une alternative avec une isolation en chanvre a été testée. Ces bâtiments ont également été comparés aux solutions de constructions traditionnelles en Belgique : structure en béton avec isolation en laine minérale et briques avec isolation PU.

Le calcul des besoins de chauffage de TOTEM est une méthode simplifiée.[3] Ils sont calculés avec le logiciel de simulation COMFIE[4], un moteur de calcul multizone pour la simulation thermique dynamique des bâtiments. Les impacts de la consommation de gaz ont été évalués sur OPEN LCA puisque les données détaillées ne sont pas disponibles dans TOTEM. L’impact du gaz a également été monétarisé. De plus, l’impact du chauffage avec des granulés bois a été évalué.

Les impacts totaux des produits de construction et de la consommation d’énergie sont ensuite résumés par un indicateur du coût d’impact en euro par m² de surface brute.

La Figure 4 montre l'impact monétarisé des matériaux de construction pour chaque alternative.

C’est avec la solution paille que l'impact est le plus faible avec un coût environnemental de 45 €/m². Le coût le plus défavorable (58 €/m²) est l'alternative brique/PU. La version paille permet donc d'économiser 27 % du coût environnemental par rapport à cette solution traditionnelle. Notons que la différence entre ces deux scénarios n’est pas seulement due aux matériaux d’isolation. La structure du bâtiment est également adaptée à chaque technique.

TOTEM analyse les impacts de chaque lot de bâtiments. Il permet donc aux concepteurs d’identifier les lots les plus couteux au niveau environnemental et de trouver des alternatives.

Figure 4 : ACV du bâtiment. Impacts par lot

Un bâtiment à faible impact dépend de chaque partie de la construction : la paille seule ne fait pas un projet à faible impact environnemental, mais il peut être un facteur déterminant pour réduire ces impacts. Par exemple, les murs de paille représentent 1 % de l’impact total du bâtiment mais pour la solution utilisant des briques et une isolation en polyuréthane, les murs représentent 11 % de l’impact total.

Les revêtements de sol en PVC et les plaques de gypse affectent également beaucoup les résultats de l’ACV. 

Dans le cas de l’école de Binche, la Figure 4 montre que les fenêtres ont un impact majeur quel que soit le cas étudié.

L'impact du chauffage au gaz a été estimé et est du même ordre de grandeur que celui des matériaux.  L’utilisation de granulés de bois pourrait réduire ce score de 50 % mais l'émission de particules serait plus élevée.

L’impact de la consommation d’électricité n’est pas inclus dans cette analyse, mais serait du même ordre de grandeur que le chauffage.

L’ACV soulève une question importante : est-il pertinent d’aller vers des standards de construction du niveau Passivhaus ?

Dans le cas de l’école de Binche, l’isolation de l’enveloppe externe est bonne et la ventilation dispose déjà d’un échangeur de chaleur à haut rendement. L’amélioration la plus significative pourrait être apportée par l’utilisation de triple vitrage. Or, le vitrage est déjà un contributeur majeur des impacts environnementaux. Par conséquent, la réduction de l’impact du chauffage augmenterait l’impact des matériaux.

Conclusion

La construction en paille représente ici l’impact environnemental le plus faible et l’impact du chauffage est du même ordre de grandeur que celui des matériaux.

L’impact de l’ensemble des matériaux de construction dépend de chaque lot et la paille est une option pertinente pour réduire considérablement les impacts de l’enveloppe externe.

Les fenêtres sont des contributeurs majeurs à l’impact environnemental des matériaux. Les concepteurs doivent choisir avec soin le type et les surfaces de fenêtres car il s’agit d’un organe vital du bâtiment dont dépendent de nombreux facteurs : apports solaires, lumière naturelle, déperditions de chaleur, performance acoustique, confort de vue et ACV.

Les outils d’ACV peuvent aider à évaluer le choix des produits de construction et donner des orientations aux concepteurs pour réduire l’impact environnemental global des bâtiments. Cependant, il faut être prudent quant à l’utilisation d’ACV pour comparer des bâtiments car ces outils ne considèrent que les matériaux de construction. Les équipements techniques tels que production/distribution d’énergie, gaines et canalisations ou équipements sont actuellement peu pris en compte. Or ces réseaux étant composés de métal, ils seraient susceptibles d’avoir un impact environnemental significatif.

Un article signé Hugues Delcourt, en charge du projet UP STRAW pour le Cluster Eco-Construction

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