[Dossier énergies renouvelables] #31 - UrbanPrint, un outil d’ACV à l’échelle quartier qui permet la prise en compte des impacts des Énergies Renouvelables (EnR)

UrbanPrint est un outil d’aide à la décision permettant l’évaluation en analyse de cycle de vie (ACV) des impacts Énergie/Carbone et environnementaux (norme EN 15804) d’un projet d’aménagement urbain en neuf, en rénovation ou mixte. Il permet d’accompagner la collectivité ou l’aménageur dans la définition d’objectifs ambitieux et chiffrés, et de l’appuyer dans ses prescriptions aux promoteurs et constructeurs.

 

UrbanPrint, outil de référence à destination des acteurs de l’aménagement

UrbanPrint est le premier logiciel pour appliquer la méthode de calcul de la performance Quartier Energie Carbone développé depuis 2018, notamment par le CSTB et Efficacity, pour l’ADEME.

Il propose deux approches : la vue Aménageur et la vue Usager. La vue Aménageur permet d’évaluer les performances Énergie/Carbone et les impacts environnementaux associés aux ouvrages et services urbains sous la responsabilité de l’aménageur du quartier. Elle sera complétée par une vue Usager, intégrant les autres impacts liés aux biens de consommation, aux voyages, à l’alimentation et permettant de traduire la performance environnementale du quartier au travers de l’empreinte carbone moyenne de ses usagers. 

UrbanPrint est un logiciel collaboratif qui s’adresse aux acteurs de l’aménagement (collectivité, aménageur et leurs AMO/BE, promoteurs, constructeurs, habitants, etc.), et permet un dialogue entre toutes les parties prenantes du projet, sur des bases objectives.

Son objectif est de mettre en évidence à chaque phase du projet les enjeux clés et les leviers d’action les plus performants, du point de vue Énergie/Carbone et au moyen d’indicateurs environnementaux complémentaires sur l’économie circulaire, l’épuisement des ressources, la santé, la biodiversité, etc. Pour ce faire, il s’appuie sur une méthodologie en « analyse de cycle de vie » (ACV) qui est la seule à permettre de quantifier l’ensemble des impacts, et ainsi d’éviter de prendre des mauvaises décisions basées sur une partie seulement des impacts environnementaux.

 

Fonctionnalités présentes dans l’outil

UrbanPrint propose une interface ergonomique et fonctionnelle permettant : 

  • L’évaluation de la performance environnementale complète (EN15804, 26 indicateurs),
  • Le calcul de l’énergie grise, des émissions de gaz à effet de serre, des déchets générés, des consommations d’eau… sur l’ensemble du cycle de vie de l’aménagement,
  • La création et comparaison de variantes,
  • La comparaison de la performance du projet par rapport à un projet de référence (« business as usual »),
  • Le calcul de l’impact potentiel des leviers d’action non encore mobilisés, afin d’identifier les leviers à plus fort impact carbone et d’éclairer les choix.

C’est également un outil modulaire permettant de décrire le projet même en l’absence de données détaillées disponibles, grâce à de nombreux enrichisseurs de données, et de proposer différentes échelles d’évaluation : bâtiment, quartier, espaces extérieurs.

Les fonctionnalités d’UrbanPrint évoluent en fonction des besoins des acteurs de terrain qui remontent notamment du club des utilisateurs mis en place en 2020 et l’évolution des connaissances et des bases de données. Parmi les fonctionnalités attendues dans les prochains mois :  le stockage carbone des sols (2021) ou encore la biodiversité in-situ et ex-situ (2022).

UrbanPrint possède une interface utilisateur avec une ergonomie intuitive permettant une saisie rapide des données d’entrée. L’outil permet : (i) de situer les performances du projet étudié par rapport à un projet de référence et ainsi de vérifier l’amélioration du « score énergie » et du « score carbone » ; (ii) d’identifier les meilleurs leviers d’action carbone qui restent à mobiliser ; et (iii) de construire et de comparer plusieurs variantes du projet.

UrbanPrint évalue l’impact de la phase de construction (terrassements, produits de construction, etc.), des consommations d’énergie en phase d’exploitation, des consommations et rejets d’eau, de la mobilité, de la gestion des déchets, etc.

 

Focus sur les systèmes énergétiques et les ENR

Afin de connaître les impacts liés aux consommations énergétiques du futur quartier, le logiciel permet de renseigner les systèmes énergétiques associés aux différents usages (chauffage, climatisation, eau chaude sanitaire, ventilation et éclairage). 

Selon l’usage considéré, les systèmes énergétiques peuvent être envisagés au niveau du bâtiment ou associés à des réseaux partagés ou de mutualisation. Ainsi, l’outil permet d’intégrer dans l’évaluation environnementale le recours à des EnR à l’échelle des bâtiments (e.g. pompes à chaleur (PAC), chaudières à bois ou biomasse) et à l’échelle des réseaux (e.g. unités de récupération de chaleur, géothermie, biogaz, biomasse). Enfin, UrbanPrint permet d’indiquer la présence d’une production solaire (photovoltaïque, thermique) sur la toiture de chaque bâtiment. Deux indicateurs sont alors calculés : l’autoproduction du bâtiment (part des besoins électriques annuels couverte par la production) et l’autoconsommation du bâtiment (part de la production solaire du bâtiment consommée dans le bâtiment).

Afin d’illustrer les apports de l’outil UrbanPrint, appuyons-nous plus précisément sur l’opération pilote du Parc des Portes de Paris. 

 

Opération pilote du Parc des Portes de Paris

La méthode Quartier Energie Carbone ainsi que l’outil UrbanPrint sont actuellement testés sur huit projets pilotes, dont celui du Parc des Portes de Paris porté par le groupe immobilier Icade. Une opération en ligne avec la stratégie bas-carbone de l’entreprise dont la Raison d‘être est de concevoir des quartiers à l’empreinte carbone réduite, notamment grâce à des expérimentations menées sur ses actifs.

Ce projet est composé de huit bâtiments tertiaires (bureaux, hôtel, bâtiment d’enseignement et établissement recevant du public) et le périmètre étudié inclut un ensemble d’espaces extérieurs (parc végétalisé, rues et passage piétonnier). 

Le quartier présente des bâtiments rénovés qui respecteront la RT2012 et des constructions neuves qui possèderont une enveloppe thermique très performante (niveau label E3-E4). Parmi les bâtiments neufs, deux utiliseront un mélange de matériaux classiques (type béton) et de matériaux biosourcés.  

Concernant les applications thermiques (cf. Figure 1), le projet initial est composé d’une majorité de bâtiments équipés de PAC collectives air/eau (Bâtiments 104, 123 et 124, Pôle-Numérique et Pulse). Le lot D, comportant un hôtel et un bâtiment de bureaux, est raccordé à une boucle tempérée sur sondes géothermiques. Enfin, le lot C est raccordé au réseau de chaleur de la Plaine Commune pour les productions de chauffage et d’ECS (mix annuel moyen du réseau : 54 % biomasse et 46 % gaz naturel).

 

Figure 1 : Systèmes thermiques présents dans le quartier du Parc des Portes de Paris

 

Exemple de résultats : les émissions de CO2

Les caractéristiques du quartier présentées dans la section précédente définissent le quartier de base. Les émissions de CO2 du quartier de base ont été comparées à celles du quartier de référence - calculé par l’outil avec même localisation, même programme et même forme urbaine que le projet, mais avec des niveaux de performance « business as usual » ou respectant le minimum réglementaire (performance énergétique RT2012) - (cf. Figure 2). Le quartier de référence comprend dans le cas présent des chaudières à gaz collectives pour le chauffage et l’ECS et des PAC électriques collectives pour la climatisation.

Les émissions de CO2 du quartier de base relatives aux usages énergétiques en phase d’exploitation sont réduites de 65 % par rapport au quartier de référence. Cette réduction est liée aux performances de l’enveloppe thermique des bâtiments neufs ainsi qu’à l’utilisation de systèmes énergétiques fonctionnant en partie à partir d’énergie renouvelable.

Figure 2 : Émissions de CO2 équivalent du quartier de base et du quartier de référence

L’outil permet également d’identifier en termes de carbone l’impact des leviers d’action mobilisés et non encore mobilisés par l’utilisateur en effectuant un calcul de potentiel (cf. Figure 3). L’outil s’appuie pour cela sur la valeur de Shapley qui permet, dans le cas présent, d’identifier la combinaison d’actions sur l’énergie et les matériaux de construction ayant permis de passer de la « pire stratégie » (en rouge) au quartier de base (en jaune). Une combinaison d’actions sur les matériaux de construction, les déchets, l’énergie et le terrassement permettrait d’atteindre potentiellement une émission annuelle de 2,15 M. de kgCO2eq/an correspondant à la « meilleure stratégie », du point de vue carbone, identifiée (en vert).

Figure 3 : Diagramme de Shapley sur les émissions de CO2 (hors mobilité)


 

Exemple de résultats : utilisation de l’énergie primaire renouvelable 

UrbanPrint permet également de visualiser d’autres indicateurs tels que l’utilisation de l’énergie primaire (cf. Figure 4). Dans le cas étudié, les résultats montrent que les systèmes énergétiques dédiés au chauffage, à la climatisation et à l’ECS du quartier de base conduisent à une réduction de 9% de la consommation d’énergie primaire par rapport au quartier de référence. L’utilisation de PAC électriques et de la géothermie et le raccordement au réseau de chaleur permettent d’atteindre 38 % d’énergie renouvelable dans la consommation d’énergie primaire.

Figure 4 : Utilisation de l’énergie primaire renouvelable et non renouvelable – usages thermiques en phase d’exploitation (chauffage, climatisation et ECS)

Auteurs :

Morgane Colombert, Directrice de projet au  sein d’Efficacity, Marie Frapin, ingénieur de recherche au sein d’Efficacity,

Emilien Paron, Ingénieur R&D Performance énergétique des bâtiments au CSTB,

Olivier Guillouët, Directeur Aménagement d’ICADE, Olivier Pénichout, Directeur Energie d’ICADE.

 


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