Exploitation et réhabilitation de bâtiments tertiaires : une démarche énergétique d'amélioration environnementale

par Claudia Valderrama Ulloa

Thèse de doctorat en Mécanique et ingénierie

Sous la direction de Jean-Rodolphe Puiggali et de Philippe Lagière.

Soutenue le 13-11-2013

à Bordeaux 1 , dans le cadre de École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde) , en partenariat avec Institut de mécanique et d'ingénierie de Bordeaux (laboratoire) et de Institut de Mécanique et d'Ingénierie de Bordeaux / I2M (laboratoire) .

Le président du jury était Denys Breysse.

Le jury était composé de André De Herde, Sylvie Ferrari.

Les rapporteurs étaient Youssef Diab, Leonardo Veas Pérez.


  • Résumé

    Le secteur du bâtiment est l’un secteur des plus énergivore, sa consommation énergétique importante découle d’une part de la dégradation des matériaux propre à leur vieillissement et d’autre part, au manque d’un cadre réglementaire énergétique plus strict accompagnant la conception. Enfin cette consommation énergétique est due à la présence des usagers. Ceci est d’autant plus vrai pour le secteur tertiaire au travers leurs activités, leurs comportements et leur degré d’appartenance que les usagers donnent à ces types de bâtiments. En effet, même si tout le monde les utilise, personne ne se sent responsable de leur maintenance. Le travail présenté ici met en avant la relation entre la consommation énergétique dans les campus universitaires et le comportement des usagers. Les résultats sont analysés dans un contexte climatique comparable (paramètre clé les Degrés Jours Unifiés - DJU), avec indicateurs d’évaluation partageables (ce qui ont été judicieusement choisis à partir d’une comparaison entre différents systèmes d’évaluation) et traduit dans une méthodologie d’évaluation (basée sur les méthodes multicritères). Celle-ci tient compte de la multiplicité d’usages, d’usagers et d’attentes énergétiques, environnementales et de confort présents dans ce type de secteur tertiaire. L’objectif principal de cette étude a été d’élaborer une démarche d’amélioration environnementale et énergétique pour l’exploitation des bâtiments tertiaires, pour aller vers la réhabilitation thermique et énergétique, en considérant d’une part, la satisfaction des usagers et d’autre part les performances énergétiques et environnementales améliorées des bâtiments analysés. Ce mémoire de thèse est construit autour la logique suivante : une mise en situation des problématiques énergétiques internationales et nationales (France et du Chili). Un focus sur l’énergie dans le secteur tertiaire, permet de s’imprégner des différents dispositifs mis en place pour atteindre l’objectif de réduction de la consommation d’énergie et des émissions de CO2. Une grille de comparaison qui va nous permettre de réaliser les analyses de consommations énergétiques à différentes périodes de l’année avec un seul paramètre climatologique le DJU, est mise en avant. Ensuite les différents campus et sites universitaires sur lesquels nous appuyons la réflexion sont présentés. Dans ceux-ci, nous analysons à différentes échelles spatio-temporelles et avec différents types d’analyses qualitatives et quantitatives, les variables discriminantes qui seront essentielles pour parvenir à une amélioration énergétique au fil du temps. Par la suite, une ligne de base de critères et indicateurs qui vont nous permettre d’évaluer avec la même échelle d’évaluation, la performance énergétique et environnementale des bâtiments dans leur état actuel est crée. Pour, ensuite, les comparer dans un état optimisé lorsque les améliorations énergétiques ont été mises en place. Enfin nous proposons une méthodologie d’évaluation et d’amélioration environnementale pour l’exploitation des bâtiments tertiaires qui va mettre en relation de façon originale les besoins énergétiques, environnementaux, économiques et de confort des gestionnaires et des usagers universitaires. Une modélisation thermique de solutions de réhabilitation et un modèle économique, assez simple, sont proposés pour illustrer l’application de la méthodologie.


  • Résumé

    The buildings sector is one of the largest energy consuming sectors, its high energy consumption stems to construction materials degradation on the one hand and to the lack of a stricter regulatory context in design step on the other hand. Finally, this energy consumption is due to the presence of users. This is especially true for the service sector through its activities, its behavior and the sense of belonging of users to this type of buildings. Even if everyone uses them, nobody feels responsible for their maintenance.The work presented here highlights the relationship between energy consumption in university campuses and user’s behavior. The results are analyzed in a comparable climatic context (the key parameter Unified Degree Days - UDD) with sharable assessment indicators (which have been carefully selected from a comparison between different assessment systems). Then, the results are translated into an evaluation methodology (based on multicriterio analysis). The methodology takes into account the multiplicity of uses, users and energy resources, environment and comfort requirements expected in this service sector.This study aims to develop an environmental and energy improvement approach for the operation of tertiary buildings, to move towards a thermal and energy rehabilitation, considering on the one hand, user satisfaction and on the other hand the energy and environmental improved performance of the studied buildings.This manuscript of thesis is built around the following logic: an overview of national and international energy issues (France and Chile). A specific reference to energy in the tertiary sector emphasizes the different mechanisms put in place to achieve the reduction target of energy consumption and CO2 emissions. A comparison grid is built to analyze energy consumptions at different times of the year with a single climate parameter: the DDU (Unified Degree Days). Then, the different campuses and universities supported by the reflection are presented. In these study cases, we analyzed at different spatio-temporal scales and with different types of qualitative and quantitative analysis, the discrimination of critical variables to achieve energy improvements over time. Subsequently, a baseline of criteria and indicators is developed to evaluate the energy and environmental performance of buildings in their current state with the same rating scale. Then energy improvements are implemented to compare them in an optimized state. Finally, we propose an evaluation methodology and environmental improvements for the operation of tertiary buildings which will bring together in an original way the energy, environmental, economic and comfort managers and users universities needs. Thermal modeling solutions and economic rehabilitation rather simple model are provided to illustrate the application of the methodology.


  • Résumé

    El sector de la construcción es uno de los sectores que más energía consume, este consumo se debe en parte a la degradación de sus materiales, propia al paso del tiempo, a la falta de un marco legal energético más estricto que regule su diseño-concepción y por otra a la presencia de sus usuarios. Este fenómeno se vuelve más recurrente en el sector terciario debido a sus actividades, sus comportamientos y el grado de pertenencia que los usuarios le dan a este tipo de edificios. De hecho, si es cierto que todo el mundo los puede utilizar, no todos se sienten responsables de su cuidado.El trabajo que aquí se ha desarrollado presenta la relación entre el consumo energético de los campus universitarios y el comportamiento de sus usuarios. Los resultados se han analizado bajo un contexto climático comparable (parámetro clave los Grados Días Unificados - GDU), indicadores de evaluación adaptables (que han sido cuidadosamente seleccionados a partir de una comparación entre distintos sistemas de evaluación - certificaciones) y que se han traducido a través de una metodología de evaluación (basada en métodos de multicriterio). Esta metodología considera la multiplicidad de usos, de usuarios y de requerimientos energéticos, medioambientales y de confort presentes en este tipo de sector terciario.El objetivo principal de este estudio ha sido desarrollar una metodología de mejora energética y medioambiental para la operación de edificios terciarios, que permitirá además de considerar una rehabilitación térmica y energética, teniendo en cuenta, por una parte, la satisfacción de los usuarios y por otra el desempeño energético y medioambiental mejorado de los edificios analizados.La memoria de la tesis ha sido construida bajo la siguiente lógica: la presentación de las problemáticas energéticas internacionales y nacionales (de Francia y de Chile). Una visión de la energía en el sector terciario, permite ahondar sobre los diferentes mecanismos establecidos para lograr el objetivo de reducir el consumo energético y las emisiones de CO2. Un sistema de comparación nos permite analizar el consumo energético en diferentes periodos del año, a través de un único parámetro climático, el GDU. A continuación se presentan los diferentes campus y sitios universitarios en los que nos apoyamos para el análisis. En ellos, analizamos a diferentes escalas espacio-temporales y con diferentes tipos de análisis cualitativos y cuantitativos, las variables discriminantes que serán fundamentales para lograr la mejora de la eficiencia energética a través del tiempo. Posteriormente, construimos una línea de base de criterios e indicadores que nos permitirá evaluar a través de una misma escala de evaluación, el desempeño energético y medioambiental de los edificios en su estado actual, para luego compararlos en un estado óptimo cuando diferentes mejoras energéticas se han implementado. Por último, proponemos una metodología de evaluación y de mejoras energéticas para la operación de edificios terciarios, dicha metodología relaciona de manera original las necesidades energéticas, medioambientales, económicas y de confort de gestores y de usuarios universitarios. Finalmente, proponemos para ilustrar la aplicación de la metodología, un modelo térmico de soluciones de rehabilitación y un modelo económico simplificados.


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