Solutions d'isolation : quand le bâtiment innove (François Michel)

Partout dans le monde, les méthodes de construction ont engagé une mutation accélérée vers davantage d’innovation et d’efficacité, qu’il s’agisse de la conception des bâtiments, des solutions constructives mises en œuvre, ou de la distribution et de la pose des matériaux de construction. Le résultat de cette discrète révolution industrielle est que le degré de confort des bâtiments construits et rénovés augmente rapidement, dans le secteur résidentiel comme dans le secteur non résidentiel. Ce phénomène concerne à la fois les économies avancées et les économies émergentes. Il devrait contribuer de manière importante à répondre à certains grands enjeux du xxi^e siècle tels que le vieillissement de la population, l’accélération de l’urbanisation dans les économies émergentes, ou le développement d’une économie plus sobre en ressources. Une des dimensions de cette révolution est l’efficacité énergétique des bâtiments. Les solutions d’isolation, en particulier, connaissent une vague d’innovation sans précédent.

Une dynamique d’innovation

Nous assistons aujourd’hui à une rupture profonde par rapport à la tendance à la diminution de la productivité et au faible rythme d’innovation constatés dans le secteur de la construction pendant plus d’un quart de siècle. La baisse, au moins relative, de la productivité dans la construction est attestée entre la fin des années 1960 et le début des années 2000 dans un bon nombre de pays, aux États-Unis notamment. Au cours des quinze dernières années, dans de nombreux pays développés, les pouvoirs publics se sont attaqué à ce problème en se dotant de stratégies destinées à soutenir l’innovation et les gains de productivité dans le secteur.

L’utilisation croissante des technologies de l’information joue un rôle déterminant dans ces stratégies. Par exemple, la modélisation des données du bâtiment (connue sous son acronyme anglais de BIM, pour Building information modeling), qui permet d’en optimiser la conception, la construction et la maintenance, devient progressivement obligatoire pour les contrats publics. La compréhension des mécanismes d’innovation et de diffusion des innovations dans le secteur de la construction a fortement progressé au cours des dernières années et permet de soutenir des politiques publiques plus efficaces. Dans le même temps, les entreprises du secteur ont poursuivi leur mouvement de consolidation et ont accru, sur cette base d’activité élargie mais certes en proportions variables, leur investissement dans la R&D.

Bien que relativement récent, ce mouvement commence à être perçu par le grand public, ce qui induit en retour une demande accrue d’innovation et de performance en matière de construction et de rénovation, en particulier en matière énergétique. Un récent sondage réalisé en France montre que les ingénieurs du domaine du bâtiment apparaissent désormais en cinquième position et les architectes en septième position dans la liste des métiers les plus innovants. Cette perception accrue du potentiel d’innovation du secteur est également de plus en plus intégrée dans les demandes des clients finaux en matière de construction ou de rénovation des bâtiments, alors même que leur pouvoir de décision s’accroît grâce aux technologies de l’information.

Dans leurs critères de choix, elle induit une demande toujours plus importante de confort, par exemple en matière visuelle, thermique, acoustique, ou de qualité de l’air, qui vient s’ajouter aux impératifs traditionnels de qualité, de délai ou de compétitivité-prix qui avaient structuré des filières professionnelles entières. Compte tenu du pouvoir croissant des utilisateurs finaux dans les chaînes de décision, la diffusion des innovations est d’autant plus rapide que celles-ci peuvent apporter un gain de confort rapidement compréhensible, mesurable et garanti pour les utilisateurs. Pour prendre un exemple d’application qui se développe rapidement, les plafonds à haute absorption acoustique connaissent une croissance très rapide car ils accroissent significativement les performances cognitives et scolaires des élèves, augmentent la productivité dans les entreprises, et augmentent la qualité des soins dans les hôpitaux, éléments attestés par un grand nombre d’études scientifiques.

Performance énergétique

Bien entendu, la demande d’innovation et de performance croît particulièrement vite en matière de performance énergétique. Les innovations récentes qui apportent des gains significatifs en matière d’efficacité énergétique sont nombreuses, en particulier dans le domaine de l’isolation.

Les performances d’isolation de la laine de verre ont ainsi été améliorées de 20% en à peine une dizaine d’années, tout en offrant les meilleures garanties en matière de santé et de protection de l’environnement. De nouvelles générations de laine de verre intègrent en proportion variable des matériaux bio-sourcés. Et pour des environnements contraints où la pose de laine minérale est difficile, les industriels travaillent à des super-isolants, en particulier les panneaux isolants sous vide (composés d’un matériau « âme » confiné dans un film étanche et mis en dépression) ou des aérogels de silice qui seront disponibles d’ici quelques années. Ces derniers, composés d’une structure de silice amorphe très légère, contiennent plus de 95% d’air capturé dans des pores de taille nanométrique.

Mais la performance énergétique ne s’obtient pas simplement en utilisant les meilleurs isolants : il faut jouer à la fois sur les propriétés physiques des matériaux de construction, la conception des systèmes qu’ils constituent, et les automates de commande et de contrôle des systèmes actifs. La recherche est très active dans chacun de ces domaines. Par exemple, le traitement de l’étanchéité à l’air et les rupteurs de ponts thermiques sont désormais obligatoires en France avec la règlementation thermique actuelle (RT2012), ce qui induit l’utilisation de systèmes de revêtements techniques ou de membranes de plus en plus complexes. Une bonne étanchéité à l’air du bâtiment permet de limiter les déperditions, d’optimiser les rendements des VMC, de mieux maîtriser la qualité de l’air intérieur et de protéger le bâti en éliminant les risques de condensation. Les solutions comprennent par exemple les membranes d’étanchéité pour les murs et les combles (propriétés hygrorégulantes), ou des revêtements techniques intérieurs à base de gypse pour les murs maçonnés.

L’utilisation de parois vitrées toujours plus grandes permet également de diminuer les besoins d’éclairage et d’accroître le confort visuel tout en réduisant les déperditions de chaleur : le coefficient de transmission thermique d’un triple vitrage de dernière génération est ainsi quatre fois inferieur à celui d’un double vitrage ordinaire commercialisé il y a à peine une quinzaine d’années. Les verres électrochromes développés par l’entreprise américaine Sage, dont la teinte peut être modulée par une simple commande électrique, permettent d’optimiser les apports solaires et de réduire significativement les besoins de climatisation.

On peut aussi mentionner les systèmes de ventilation double flux, qui se démocratisent, ou encore, parmi de nombreuses solutions actives, les radiateurs à détecteur de fenêtres ouvertes. Les industriels travaillent sur les applications des matériaux à changement de phase qui peuvent contribuer à réguler la température intérieure des bâtiments afin de réduire les besoins en climatisation et chauffage. Enfin, pour tester in situ l’efficacité de l’ensemble de ces systèmes, les entreprises multiplient les démonstrateurs : c’est le cas de la rénovation en milieu contrôlé faite au Royaume-Uni dans la « Energy House » par Salford University, Leeds Metropolitan University et Saint-Gobain Recherche, et qui constitue le démonstrateur le plus abouti à ce jour en matière de rénovation énergétique d’une maison individuelle. Certains de ces démonstrateurs sont accessibles au public.

La diffusion et le développement de ces technologies est en voie de permettre des économies d’énergie considérables dans des parcs bâtis très peu efficaces au plan énergétique, ce qui est le cas de la plupart des pays européens. Le parc français ne fait pas exception et quelques chiffres sont utiles pour prendre la mesure des enjeux. En France, le bâtiment représente 44 % de la consommation d’énergie finale par secteur, et 70 % de la consommation dans le bâtiment est consacrée au chauffage, dont la très grande majorité dans les bâtiments résidentiels. La consommation moyenne du parc résidentiel est en effet élevée, de l’ordre de 274 kWh/(m².an) ; à titre de comparaison, le plafond de consommation fixée par la RT2012 pour les logements neufs est de 50 kWh/(m².an) en zone tempérée et à basse altitude (ces chiffres correspondent à l’énergie primaire et non à l’énergie finale. L’énergie finale est la quantité d’énergie disponible pour le consommateur. L’énergie primaire est la consommation nécessaire à la production de cette énergie finale. Par convention, du fait des pertes liées à la production, la transformation, le transport et le stockage, 1 kWh d’énergie finale = 2,58 kWh d’énergie primaire pour l’électricité et 1 kWh d’énergie finale = 1 kWh d’énergie primaire pour les autres énergies : gaz, réseaux de chaleur, bois, etc.).

La quantité de maisons individuelles, structurellement moins efficaces énergétiquement que les logements collectifs, n’est pas seule en cause. Par exemple, le parc résidentiel francilien est aussi énergivore que la moyenne nationale, avec 45% du parc (2,1 sur 5,3 millions de logements) dans les trois classes énergétiques les plus basses (E, F, et G). Or il n’est composé qu’à 27% de maisons individuelles contre 56% pour le parc métropolitain ; de surcroît, la surface moyenne des logements franciliens est nettement inférieure à la moyenne nationale. Les mauvaises performances énergétiques du parc francilien sont principalement le fait d’un taux de renouvellement par la construction neuve nettement plus faible que la moyenne nationale et du faible taux de rénovation des bâtiments. À ces deux facteurs s’ajoute la concentration en Île-de France de près de 40% des bâtiments collectifs construits en France dans les années 1950-1980 qui, compte tenu des modes constructifs les plus fréquemment utilisés à l’époque (ossature et façades en béton armé, surfaces vitrées importantes et en simple vitrage), sont particulièrement énergivores.

Un potentiel d’économies considérable

Compte tenu de l’état du parc bâti en Europe et de la puissance des technologies aujourd’hui disponibles, l’isolation d’un bâtiment résidentiel moyen, pas particulièrement énergivore, au niveau de la RT 2012 française, permet d’en réduire la facture de chauffage d’un facteur 10. La réduction est déjà d’un facteur 3 en appliquant la précédente version de cette réglementation qui date de 2005. Si les exigences de la RT 2005 étaient appliquées au niveau européen, l’économie atteignable serait de 500 millions de tonnes équivalent pétrole (soit 41,868 gigajoules ou 11 630 kWh), soit l’ordre de grandeur de la consommation énergétique primaire de la France et de l’Allemagne réunies !

Réaliser ces économies est-il difficile ? Le mieux pour l’apprécier est de prendre le cas concret d’une maison individuelle des années 1960 à Nancy, avec une classe énergétique F ou inférieure qui correspond à 30% du parc français. Avec une chaudière récente au fioul, sa facture de chauffage moyenne est de 3300 euros par an. Dans le secteur résidentiel, l’opération la plus rentable et la plus puissante à court terme consiste à améliorer les performances de l’enveloppe du bâtiment, et cette maison ne fait pas exception. Comme première étape, avec un simple bouquet de travaux d’une dizaine de milliers d’euros (isolation des combles, isolation thermique par l’extérieur, double vitrage, VMC simple flux), sa consommation énergétique peut être ramenée à la classe C et la facture de chauffage réduite de moitié. L’investissement est rentabilisé en sept ans sans même prendre en compte la valorisation du bien. Si ces travaux sont entrepris à l’occasion d’autres travaux, comme un ravalement ou un agrandissement déjà programmé, la rentabilité est encore augmentée. Avec les divers prêts bonifiés disponibles, ces travaux peuvent induire un gain de trésorerie immédiat pour le propriétaire.

Ce potentiel d’économies considérable et cette forte rentabilité socio-économique expliquent que la plupart des pays développés aient rehaussé les exigences d’efficacité énergétique dans leurs codes de construction au cours des dernières années. Ils expliquent aussi l’accent mis par la plupart des États européens sur l’isolation des bâtiments dans le cadre des lois sur la transition énergétique, qui énoncent en général trois grandes priorités : travailler sur le stock de bâtiments existants autant que sur les normes visant les nouvelles constructions ; inciter, ou réglementer, les travaux d’isolation aux moments-clés de la vie des biens, comme dans le cas de réfections programmées de toiture ou de ravalements ; favoriser la distribution de crédits-travaux spécifiques à l’efficacité énergétique. Des mesures concrètes dans un contexte mondial où le bâtiment devrait réduire ses émissions de CO₂ de 84 gigatonnes d’ici 2050 (objectif fixé par le World Green Building Council, association d’acteurs de la chaîne de valeur du bâtiment pour la promotion de la construction durable) pour limiter le réchauffement climatique en-deçà de 2°C.

Au-delà des matériaux, les méthodes évoluent. Pascal Gontier nous avait donné une idée de la façon dont raisonnent les architectes aux prises avec les bâtiments à énergie positive. Les grands acteurs de la construction ont eux aussi fait leur révolution, et le secteur du BTP, qui peinait jadis à recruter des ingénieurs, se révèle aujourd’hui l’un des plus innovants et les plus excitants.

La ville du futur, la smart city dont nous évoquerons quelques aspects après ce chapitre, est une ville de flux et d’information. Mais c’est aussi une ville matérielle, avec des rues et des bâtiments. Une ville qui se construit, qui s’use, qui s’inscrit dans une économie de la matière, qui accueille, produit et consomme de l’énergie à travers des réseaux physiques.

Les savoir-faire mobilisés pour édifier cette ville, parfois au cœur même de nos vieilles cités européennes, ressortissent de la transformation numérique. Celle-ci révolutionne les entreprises et les métiers du bâtiment : elle sera assurément l’un de nos grands atouts pour mener à bien la transition énergétique.