Moderniser les villes : vers le zéro énergie

Selon la Commission Européenne, l'environnement bâti est responsable de plus de 40% de la consommation d’énergie totale en Europe, et de plus de 36% de ses émissions de CO2. Le rendement énergétique des constructions, qu’elles soient nouvelles ou anciennes, est un enjeu crucial de la lutte contre le réchauffement climatique. Grâce aux nouvelles technologies, les bâtiments à énergie zéro (constructions qui ne consomment que la quantité d'énergie pouvant être produite sur place via des ressources renouvelables), sont désormais une réalité. Longtemps considérées comme un concept futuriste, plusieurs exemples récents prouvent la faisabilité de ces constructions. En outre, le concept d’énergie zéro peut également être appliqué à des quartiers entiers, mettant ainsi en relation la consommation énergétique liée au transport et à la construction avec la production locale d’énergie renouvelable. L’objectif peut même être atteint dans des milieux urbains existants au moyen d’importants travaux de modernisation. Cependant, pour rendre possible leur mise en œuvre, une multitude de paramètres doit être prise en compte, évaluée et coordonnée. C’est là qu’intervient le travail du Dr Modeste Kameni Nematchoua, de la Faculté des Sciences Appliquées de Liège (Belgique). Le chercheur vise en effet à développer, valider et appliquer un outil numérique pour l'optimisation énergétique des blocs urbains rénovés. Il se base notamment sur deux cas d'études complémentaires, l’un en Belgique, l’autre à Madagascar. L'objectif global du projet, appelé ZEUS (Zero-Energy Urban blocks: low environmental impacts and cost-efficient Solutions), est d’apporter une contribution scientifique majeure et interdisciplinaire contribuant à la modernisation des blocs déjà existants dans des contextes climatiques et urbains très différents.

"Les bâtiments à énergie zéro suscitent un intérêt croissant partout dans le monde, que ce soit au niveau des politiques urbaines, de la littérature spécialisée et des applications pratiques", rapporte le chercheur, en citant le cas de l'Europe. La refonte de la directive européenne sur la performance énergétique des bâtiments exige que toutes les nouvelles constructions au sein des Etats membres aient une consommation d'énergie quasi nulle d'ici 2030. Des initiatives semblables émergent aux États-Unis, au Canada, en Chine, en Inde, au Japon, en Corée du Sud... "Jusqu'à présent, explique le Dr Nematchoua, les méthodes d'optimisation du concept ‘énergie zéro’ n’envisageaient les bâtiments que de manière isolée. De plus, les politiques et les applications actuelles en ce qui concerne l'objectif ‘énergie zéro’ se concentrent sur les bâtiments nouveaux, négligeant le potentiel de modernisation des parcs immobiliers existants ainsi que l'impact de la forme urbaine et de la localisation des bâtiments sur la consommation énergétique liée au transport et sur la production d'énergie locale potentielle via des sources d'énergies renouvelables".

Élargir le champ d’application des programmes d’optimisation ‘énergie zéro’ à l’échelle des quartiers

Sur le plan de la recherche, de nombreuses études ont déjà été menées sur les bâtiments à énergie zéro, à l’aide de méthodes d'optimisation mathématiques similaires à celles qui seront développées ici, "mais toujours à l'échelle du bâtiment individuel, très peu à celle du bloc urbain", précise le Dr Nematchoua. Dans le cadre de cette recherche, l'optimisation numérique des bâtiments sera étendue pour inclure les aspects énergétiques liés à la mobilité et aux énergies renouvelables, afin de prendre en compte leurs interactions potentielles. Par ailleurs, l'étude tiendra également compte des impacts de ces solutions ‘énergie zéro’ sur l'environnement (y compris l'impact sur la santé des habitants), ainsi que de leurs coûts totaux. De nombreux facteurs secondaires seront également étudiés, comme le passage de la voiture personnelle à des modes de transport plus écologiques (ex : vélo, marche, etc.), ou à des moyens de transport high-tech (des voitures autonomes partagées, par exemple), ainsi que l'influence de la densité urbaine sur les sources locales d'énergie renouvelable les plus appropriées. L'objectif ultime est de produire un programme qui sera capable de choisir les solutions les plus viables et les plus efficaces sur l'ensemble de la durée de vie des bâtiments. Un autre point important à soulever est l’attention toute particulière que porte le projet aux émissions de dioxyde de carbone. En effet, quand on parle de réduction de la consommation d'énergie, cela ne signifie pas nécessairement qu’il y a diminution des émissions de carbone. "’Énergie zéro’ et ‘neutralité carbone’ sont deux concepts différents, confirme le chercheur. Cependant, il est possible de combiner les deux en portant une attention particulière aux matériaux de construction, par exemple, ainsi qu'aux transports, bien entendu. Notre ambition est de réduire jusqu’à 40 % les émissions de dioxyde de carbone".

D'ici 2050, plus de 75% de la population mondiale vivra dans les villes. Mieux comprendre les interactions et les échanges en énergie qui ont lieu dans un environnement urbain entre les bâtiments, les transports, et les sources locales d'énergie renouvelable est donc un enjeu de recherche absolument crucial pour l’environnement. En cherchant à « offrir aux autorités de l’urbanisme, aux responsables de la circulation et de la construction ainsi qu’aux architectes un outil, des informations et des données facilitant la rénovation des blocs urbains pour atteinte l’‘énergie zéro’ », le projet ZEUS apportera une contribution considérable à la poursuite de cet objectif.

"Zero-energy buildings are attracting increasing interest internationally in policies, scientific literature and practical applications, reports the main investigator, using the example of Europe." The recasting of the European Performance of Buildings Directive requires all new buildings, built in Member States, to be “nearly zero-energy” buildings (nZEB) by 2030". Similar initiatives are emerging in the United States of America, Canada, China, India, Japan, South Korea… Until now, Dr. Nematchoua explains, "optimization methods approaches to the zero-energy concept adopt only the perspective of the individual building. Furthermore, current policies and applications concerning the zero-energy objective are focusing on new buildings, neglecting the potential for retrofitting the existing residential building stock as well as the impact of the urban form and the localization of buildings on transportation energy consumption and potential local energy production through renewable energy sources".