Evaluation des impacts environnementaux des bâtiments en Chine

par Long Pei

Projet de thèse en Energétique et génie des procédés

Sous la direction de Bruno Peuportier.

Thèses en préparation à Paris Sciences et Lettres , dans le cadre de Ingénierie des Systèmes, Matériaux, Mécanique, Énergétique , en partenariat avec Energétique et Procédés (laboratoire) , CES - Centre Efficacité énergétique des Systèmes (equipe de recherche) et de École nationale supérieure des mines (Paris) (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-10-2017 .


  • Résumé

    Contexte et enjeux Une expansion urbaine massive rend le secteur de la construction chinois très actif. Ceci conduit à une forte pression sur les ressources, ainsi qu'à d'importants impacts environnementaux futurs liés à la consommation d'énergie et d'eau sur l'étape d'utilisation des bâtiments, et à la production de déchets en fin de vie. Le plus grand potentiel de réduction de ces impacts correspond aux décisions prises durant la phase de conception. Evaluer les impacts environnementaux peut aider les concepteurs à progresser vers la construction durable en comparant des alternatives et en optimisant les projets architecturaux et urbains. Objectifs scientifiques Il s'agit de développer un modèle basé sur l'analyse de cycle de vie et la simulation énergétique dynamique. Un outil existant sera complété par l'ajout de fonctionnalités, afin par exemple de mieux tenir compte des micro-climats et de pouvoir étudier des systèmes de climatisation, intégrant en particulier des échanges avec le sol. Il conviendra aussi de tenir compte des impacts indirects des ensembles bâtis sur le système d'arrière plan : il peut s'agir d'une variation de la demande de certains produits ou services (en positif ou en négatif), ou de la modification de certains procédés, ce qui amène à considérer des procédés « marginaux ». L'évolution temporelle du territoire et du système d'arrière plan devra également être prise en compte. La validation de l'outil constitue un autre objectif : il conviendra de mieux cerner les incertitudes du modèle et son domaine de validité. Approche - Méthodes Des données seront collectées concernant les propriétés physiques et les inventaires de cycle de vie des matériaux et produits utilisés dans le secteur de la construction en Chine. Ces données permettent d'évaluer la performance énergétique des bâtiments, et éventuellement de garantir cette performance avec une marge d'incertitude. Des méthodes d'évaluation d'impacts environnementaux peuvent alors être appliquées afin de mener une optimisation mult-critères, visant par exemple à réduire les coûts et les émissions de gaz à effet de serre. L'analyse de projets urbains représentatifs permettra de définir une typologie sur la base de méthodes issues de la littérature (par exemple archétypes). Le modèle actuel permettant l'application de l'analyse de cycle de vie aux ensembles bâtis devra être étendu pour intégrer les procédés d'arrière plan potentiellement affectés dans le contexte chinois. Il s'agit ensuite d'identifier les procédés marginaux, mobilisés pour satisfaire une variation de la demande générée par le système étudié. Certaines évolutions temporelles devront donner lieu à des scénarios, ce qui conduira à mener des analyses de sensibilité et à évaluer des incertitudes sur les indicateurs environnementaux obtenus en sortie du modèle. La méthodologie sera testée sur une étude de cas, qui peut correspondre à un projet de bâtiment ou un îlot situé dans une ville chinoise. Si des factures énergétiques sont disponibles, les résultats de simulation pourront être comparées aux mesures de consommations. Résultats attendus La comparaison entre résultats de calcul et mesures permettra de mieux cerner la fiabilité des modèles développés dans la thèse. Les principes méthodologiques et l'étude de cas seront donc précisément décrits. Si l'approche s'avère pertinente, les développements seront intégrés à un outil d'ACV diffusé parmi les professionnels.

  • Titre traduit

    Evaluation of environmental impacts related to Chinese buildings


  • Résumé

    Context and challenges Massive urban expansion makes the Chinese construction sector very active. This leads to a high pressure on resources, as well as future environmental impacts related to energy and water consumed in buildings during their operation stage, and waste generation at their end of life. The highest potential reduction of these impacts corresponds to decisions made during the design phase. Evaluating environmental impacts can help designers progressing towards sustainable construction by comparing alternatives and optimizing architectural or urban projects. Scientific objectives The proposed thesis aims at developing an evaluation methodology based upon life cycle assessment and energy simulation. An existing model will be complemented in order to account for micro-climatic effects and cooling systems, particularly integrating exchange with the ground. The aim is also to account for indirect effects of buildings on the background system, e.g. a variation of the demand in some products or services (positive or negative), a modification of some processes, leading to consider marginal processes. The temporal evolution of the studied system and its background system should also be taken into account. Validation of the tool is another objective: it will be useful to evaluate the uncertainties and validity limits of the model. Methodology Data will be collected regarding physical properties and life cycle inventories of materials and products used in the Chinese construction sector. Such data allow the energy performance of buildings to be evaluated and possibly guaranteed within an uncertainty margin. Impact assessment methods can then be used in order to perform multi-criteria optimization, e.g. reducing both costs and CO2 emissions. Analyzing typical urban projects will allow defining a typology using methods from the literature (for instance archetypes). The present model applying life cycle assessment to buildings will be complemented in order to integrate background processes that could potentially be influenced by the studied system in the Chinese context. Marginal processes needed to satisfy a variation of demand generated by the studied system will then be identified. Some temporal evolutions will have to be modeled as scenarios, which will lead to perform sensitivity analyses and to evaluate uncertainties on environmental impacts constituting the output of the model. The methodology will be tested on a case study, which can be a single building or an urban block planned in a Chinese city. If energy bills are available, energy simulation results can be compared to the measured energy consumption. Expected results A comparison between the calculation results and measurements aims at clarifying the reliability of the models developed in the thesis. Therefore the methodology, assumptions and case study results will be precisely documented. If the approach seems relevant, these developments will be integrated in a professional building LCA tool distributed among professionals.