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Dans les programmes de projets de construction, en neuf comme en rénovation, on voit les demandes de simulation thermique dynamique (STD) et de simulation énergétique dynamique (SED) grimper en flèche. L’objectif n’est pas de s’arrêter à ces simulations : les outils doivent être utiles, pour les concepteurs et les maîtres d’ouvrage, dans la conception comme dans l’exploitation du bâtiment. On vous emmène pour un tour d’horizon !
La simulation thermique dynamique, ou STD, permet de simuler de manière réaliste les échanges thermiques dans un bâtiment – soit les températures et besoins en chauffage et en climatisation. On la réalise à un pas de temps horaire ou infra-horaire, en prenant en compte tous les phénomènes ayant une influence significative sur la thermique du bâtiment. Oui, tous !
Les variables d’influence de la STD
Les conditions extérieures
Le bâtiment
Les usages du bâtiment
On remplace « thermique » par « énergétique » et on obtient… la simulation énergétique dynamique. D’accord, mais ça ne s’arrête pas à un simple changement de nom ! La SED, qui se fait sur la base de la STD, vise à donner une vision globale de l’ensemble des usages. Avec elle, on peut compléter les informations de la STD en ajoutant l’ensemble des postes de consommation, y compris ceux qui n’ont pas d’influence directe sur la thermique – ascenseurs, auxiliaires de chauffage, de climatisation, de ventilation, éclairage extérieur, etc.
La SED permet également de décrire, en détail, les systèmes de chauffage, de climatisation et de ventilation pour prédire les consommations associées de façon fiable. Ce qui se révèle très utile, par exemple lorsqu’on veut estimer des factures prévisionnelles.
La réalisation d’une simulation thermique dynamique ou d’une simulation énergétique dynamique répond à trois objectifs :
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Un bâtiment neuf ou fortement rénové doit répondre à la réglementation RT 2012, ce qui passe obligatoirement par une simulation utilisant le moteur de calcul réglementaire développé par le CSTB, suivant la méthode Th-BCE 2012. L’objectif : s’assurer que les bâtiments répondent à des critères de performance et respectent un standard minimum. Mieux vaut prévenir que guérir, comme on dit !
À noter
Attention : cette simulation n’est pas une SED à proprement parler, car elle utilise des hypothèses réglementaires pour décrire les usages des bâtiments. Il ne s’agit pas de simuler d’une façon réaliste les consommations du bâtiment, mais d’estimer des consommations dans des conditions standardisées.
Avec cette approche théorique, on peut faire rentrer tous les bâtiments dans le même canevas, afin de leur appliquer les mêmes critères de performance, puis les comparer !
La RT 2012 est ainsi un premier cadre de simulation, qui n’a pas vocation à reproduire ou à prévoir la réalité. D’un point de vue réglementaire, elle est utile ; dans un impératif de performance réelle, elle est limitée – mieux vaut alors se tourner vers une simulation énergétique dynamique !
Même si on n’a pas encore vu pousser d’immeuble certifié « agriculture biologique », on peut parfois être perdus dans la jungle des labels et certifications environnementales des bâtiments. Rappelons donc que les labels et certifications existent pour attester que des bâtiments respectent les bonnes pratiques environnementales ; ils permettent de dépasser les bases pour se donner de nouveaux arguments, et notamment gagner des points auprès d’acheteurs.
Le label HQE Bâtiment Durable, le plus connu en France, regroupe de nombreux aspects comme le confort d’été et la qualité de la conception dans sa globalité. Pour l’obtenir, une SED est nécessaire :
Dans ce cadre, tous les postes de consommations énergétiques sont évalués : postes immobiliers RT et hors RT, postes mobiliers…
Ces labels aux charmantes appellations, respectivement anglais et américain, viennent certifier le calcul de la performance énergétique du bâtiment par SED et la comparaison à un bâtiment type équivalent. Ils prennent en compte :
Avoir l’état du bâtiment à un instant donné et pouvoir proposer des améliorations, voilà ce que l’on attend d’un audit énergétique.
La performance énergétique du bâtiment, dans son ensemble, doit être évaluée pour répondre à la norme EN 16247-2 de juillet 2014 – que l’on connaît par cœur depuis sa publication, cela va de soi. On doit alors prendre en compte l’interaction potentielle entre les systèmes techniques et l’enveloppe du bâtiment.
Dans l’optique de valider le modèle existant, on va réaliser une modélisation énergétique que l’on utilisera ensuite pour comparer les consommations simulées et les factures historiques. À partir de là, la SED peut être utilisée pour simuler l’impact des actions de performance énergétique afin d’améliorer la performance du bâtiment.
À noter
La norme EN 16247-2 ne spécifie pas quels logiciels il faut utiliser pour l’évaluation de la performance de l’ensemble des bâtiments. Cependant, si l’analyse du bâti représente une partie significative, mieux vaut se tourner vers un logiciel de SED !
Qui dit contrat dit engagement… donc enjeux. Celui-ci porte sur l’engagement de performance de la société chargée des travaux, et l’impact est financier, puisqu’elle s’engage à payer la différence si la performance prévue n’est pas atteinte. C’est dire le niveau d’attente en termes de performance réelle pour de tels projets ! L’entreprise qui prend l’engagement doit avoir un moyen fiable de connaître la consommation à venir d’un bâtiment. Cela passe par plusieurs étapes :
Quelques contrats de garantie de performance énergétique
Le confort d’été prend en compte des paramètres visant à éviter la surchauffe du bâtiment, qui deviendrait alors inconfortable. Un bâtiment performant étant très isolant, la chaleur qui entre dans le bâtiment n’en sort pas facilement, ce qui peut entraîner un risque pour le confort d’été… qui doit donc être surveillé.
La STD s’avère utile pour prendre en compte les variations et les énergies stockées dans l’inertie du bâtiment. On modélise la température à l’intérieur du bâtiment et on facilite le confort en optimisant la protection solaire, le type de vitrage, la proportion de vitrage, l’inertie, la ventilation naturelle et, enfin, la climatisation.
Obtenir un label ou répondre à un appel d’offre de CPE n’est pas le seul moteur susceptible de motiver une simulation énergétique. Le maître d’ouvrage peut notamment avoir une volonté d’exemplarité de la performance, d’optimiser, d’orienter les choix énergétiques. La simulation interviendra alors dès la conception, pour définir une approche bioclimatique, puis accompagnera le projet tout au long de son cycle de vie.
L’intérêt de la STD ne s’arrête pas à la conception du bâtiment : elle sera utile pour le suivi d’exploitation, et donnera une vision quantitative des facteurs d’influence d’un point de vue énergétique. Si cette utilisation est encore peu répandue, elle fait l’objet de projets de recherche et de développement très actifs. Le projet PREBAT, financé par l’ADEME, en est un bel exemple : plus de 200 bâtiments ont bénéficié d’un suivi instrumenté, qui a permis de comparer les consommations calculées aux consommations mesurée. La démarche est intéressante mais reste complexe à mettre en œuvre, du fait d’outils souvent peu adaptés.
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Les cadres de la simulation thermique dynamique et de la simulation énergétique dynamique sont donc nombreux, différents, et peuvent même se compléter les uns aux autres. Quels que soient vos objectifs, une chose est sûre : ne cherchez pas d’astérisque, (faire) réaliser une STD n’est pas une option !
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