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Thèse soutenue

Modélisation de cycle de vie de bâtiments équipés de composants solaires à eau

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Auteur / Autrice : Mohamed Elmtiri
Direction : Yves Candau, Bruno Peuportier
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Thermique et systèmes énergétiques
Date : Soutenance en 2007
Etablissement(s) : Paris 12

Résumé

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L’objectif de cette étude est d’évaluer l’intérêt environnemental de composants solaires à eau intégrés aux bâtiments. Il s’agit de développer un modèle de système solaire à eau et de le chaîner à un outil de simulation thermique et à un outil d'analyse de cycle de vie de bâtiment. L’intégration d’un tel système permet de réduire les impacts environnementaux du bâtiment lors de sa phase d’utilisation grâce aux économies d’énergies réalisées, mais la fabrication des composants génère des impacts supplémentaires. La méthode d’analyse de cycle de vie a été utilisée pour effectuer le bilan de ces impacts. La démarche adoptée dans ce travail consiste à :  modéliser les systèmes solaires thermiques à eau (chauffe eau solaire, plancher chauffant solaire et systèmes combinés) qui sont intégrés au bâtiment;  chaîner le modèle de système solaire à un simulateur thermique de bâtiment pour prendre en compte la possibilité d’interaction entre le composant solaire et l’enveloppe. La méthode de couplage est détaillée; simuler le système solaire développé et, pour valider ces calculs, comparer les résultats par rapports aux références considérées selon déférents critères : productivité des capteurs, fractions solaires…etc. ; calculer les économies d’énergie réalisées grâce à l’utilisation des composants solaires en terme de consommation d’eau chaude sanitaire et de besoins de chauffage; évaluer les impacts environnementaux des ces composants par la méthode d’analyse de cycle de vie. Les données d'inventaire de cycle de vie de systèmes thermiques à eau ont été collectées. Ces inventaires sont ensuite utilisés pour effectuer un bilan sur le bâtiment équipé d’un tel système ; enfin, l’application du modèle sur des bâtiments types est exposée afin d’illustrer les utilisations possibles du modèle par des professionnels du bâtiment. Ces études ont permis d’évaluer l’influence de ces composants solaires sur le profil environnemental global des bâtiments en terme par exemple de temps de retour énergétique ou de réduction des émissions de gaz à effet serre. A titre d’exemple, pour un bâtiment individuel de surface habitable 157 m², situé en Ile-de-France et occupé par 4 personnes, un chauffe eau solaire individuel de 4 m2 de surfaces de capteur, de productivité 346 kWh/m2, l'énergie équivalente à la production d'eau chaude sur 20 ans est environ 3. 5 fois l'énergie nécessaire à la fabrication du système. La réduction des émissions de gaz à effet de serre est d’environ 3. 7 fois plus importante que les émissions liées à la fabrication. Le temps de retour énergétique est environ de 5. 6 années. Ce temps de retour correspond à l’absence de recyclage des déchets.