Les analyses en cycle de vie (ACV) : Introduction au cycle de vie des bâtiments

Le cycle de vie des bâtiments :

  • Une analyse en cycle de vie (ACV) permet de quantifier les impacts environnementaux d’un produit (ici un bâtiment) du « berceau à la tombe »
  • Quatre phases sont prises en compte : la construction du bâtiment, son utilisation, sa rénovation éventuelle et sa fin de vie
  • La phase d’utilisation est celle qui a le plus d’impact sur la durée de vie du bâtiment.
  • L’ACV permet notamment de comparer les impacts environnementaux de différentes variantes d’un système, sur toute la durée de son cycle de vie.

Résumé

L’analyse en cycle de vie (ACV) est un outil développé initialement pour l’industrie. L’ACV a pour but de quantifier les impacts d’un produit, bien ou service depuis l’extraction des matières premières qui sont nécessaires à sa fabrication jusqu’à son élimination en fin de vie en passant par la phase d’utilisation (« du berceau à la tombe »). La série de normes ISO 14040 et 14044 décrit la méthodologie et la déontologie que doivent respecter les études ACV. Cette fiche propose une introduction à l’analyse en cycle de vie appliquée au bâtiment ainsi que les spécificités et limites de cette approche. Une analyse en cycle de vie d’un bâtiment périurbain type est proposé afin d’illustrer ces propos.


Modélisation 3D d’un quartier périurbain
© Copyright - http://www.safe-energie.be/


L’analyse en cycle de vie d’un bâtiment : introduction

L’analyse en cycle de vie (ACV) est un outil développé initialement pour l’industrie. L’ACV a pour but de quantifier les impacts d’un produit, bien ou service depuis l’extraction des matières premières qui sont nécessaires à sa fabrication jusqu’à son élimination en fin de vie en passant par la phase d’utilisation (« du berceau à la tombe »). L’ACV peut être appliquée à un bâtiment malgré des différences significatives avec les produits industriels (le bâtiment est par nature unique, durée de vie longue, etc.). L’ACV des bâtiments permet de mettre en évidence que c’est la phase d’utilisation qui présente le plus d’impact. Cet outil est utile pour comparer les impacts environnementaux de différentes variantes d’un système, sur toute la durée de son cycle de vie.

Qu’est ce qu’une ACV

Dans le contexte de la montée en puissance de l’attention environnementale, l’analyse de cycle de vie (ACV) est devenue une partie indispensable du développement durable (Verbeeck et Hens, 2007). L’approche par analyse de cycle de vie (ACV) est ainsi adoptée le plus souvent au niveau international pour évaluer les impacts environnementaux d’un produit. Il s’agit de comptabiliser les substances émises et puisées dans l’environnement sur le cycle de vie d’un produit, depuis sa fabrication (y compris l’extraction des matières premières) jusqu’à sa fin de vie (y compris le traitement des déchets créés), en passant par toutes les étapes de son utilisation (« du berceau à la tombe »). L’ACV permet, via la quantification de l’ensemble des échanges physiques entre un système et son environnement, d’évaluer sa contribution à différents effets sur l’environnement, de préciser et d’expliciter les choix de réduction des impacts. En présentant des résultats détaillés, l’ACV donne des possibilités de modélisation qui permettent de rechercher les améliorations du bilan global, en tenant compte, en outre, des évaluations techniques, économiques et sociales. La série de normes ISO 14040 et 14044 décrit la méthodologie et la déontologie que doivent respecter les études ACV.

Une ACV se déroule en 4 étapes, selon un processus itératif (figure 1) :

  • la définition des objectifs et des limites du système étudié
  • l’inventaire ou collecte des données, notamment grâce aux bases de données existantes
  • l’évaluation des impacts sur l’environnement
  • l’interprétation et la recherche d’améliorations


Figure 1 : Représentation schématique des 4 étapes d’une analyse en cycle de vie

Les limites principales des approches en cycle de vie portent sur l’absence de prise en compte d’aspects qualitatifs comme la qualité de vie ou l’esthétique, l’imprécision des évaluations des indicateurs (sur l’évaluation des flux et l’agrégation des effets), les erreurs liées à la période d’analyse (il est par exemple difficile de prévoir l’évolution des techniques constructives, méthodes de recyclage, etc. à moyen ou long terme), et l’incertitude qui pèse sur les données d’entrée nécessaires à l’évaluation.

L’ACV appliquée au bâtiment

L’analyse de cycle de vie a été élaborée en premier lieu pour des produits industriels. Son application au secteur du bâtiment doit donc s’effectuer de manière prudente : chaque bâtiment est en général unique, et entretien des liens forts tant avec le site dans lequel il s’insère qu’avec ses occupants (Peuportier et Polster, non daté). De plus, la stabilité dans le temps, sur laquelle repose l’analyse de cycle de vie est problématique dans le cas d’un bâtiment (durée de vie longue et modifications qui apparaissent pendant la durée de vie). Les analyses en cycle de vie des bâtiments ne sont en général pas certifiées ISO.

Les analyses de cycle de vie appliquées au bâtiment sont utiles pour (Reiter, 2010):

  • Comparer deux systèmes sur la durée (totale ou partielle) de leur cycle de vie
  • Comparer l’impact des différentes phases d’un même système
  • Comparer un système et ses alternatives
  • Comparer un système à une référence.

Exemple d’analyse en cycle de vie d’un bâtiment

L'outil

Le logiciel EQUER (www.izuba.fr) est un outil d’évaluation de la qualité environnementale des bâtiments. Il a pour but d’aider les acteurs à mieux cerner les conséquences de leurs choix. C’est un outil de simulation simplifiée qui permet de modéliser la construction, l’utilisation, le renouvellement des composants et la déconstruction d’un bâtiment, en tenant compte de la réutilisation et du recyclage éventuels. Le principe général suivi est d’améliorer la qualité de l’ambiance intérieure tout en réduisant les impacts environnementaux externes. L’objectif fonctionnel fixé est que le bâtiment doit permettre un certain nombre d’activités pour lesquels il est prévu, avec un certain niveau de confort, de qualité de vie, etc. puis il faut chercher à minimiser l’impact environnemental en comparant des variantes répondant aux exigences fonctionnelles énoncées. L’objet d’étude, l’unité fonctionnelle au sens de l’analyse de cycle de vie, est donc un bâtiment répondant à ces exigences et considéré sur une certaine durée.

Le champ d’analyse est élargi et permet des études plus globales : l’énergie, par exemple, n’est plus appréhendée comme une simple quantité de kWh mais selon une série de critères environnementaux, elle ne concerne pas que le chauffage et l’éclairage, d’autres aspects non liés à l’énergie, comme la gestion de l’eau sont pris en compte, etc. La méthode EQUER a été élaborée par une équipe comportant deux centres de recherches (le centre d’énergétique de l’école des mines et l’institut d’évaluation des risques industriels (INERIS)) et des professionnels de la construction. La base de données Oekoinventare (version 1996), aussi connu sous le nom de Ecoinvent, et des données collectées dans le cadre du projet européen REGENER sont utilisées en ce qui concernent les impacts de fabrication des matériaux de construction et des autres procédés (Peuportier et Polster, non daté).

L’étude se réalise pour un bâtiment en particulier et les sorties se font sous forme d’éco-profil à 12 indicateurs environnementaux. Des aspects non liés à l’énergie (gestion de l’eau, matériaux de construction, transport, déchets.) sont aussi pris en compte. Le champ de l’analyse s’est donc véritablement élargi et permet des études plus globales (Peuportier, 2004).

Rappelons que la marge d’incertitude sur les données et les résultats d’une analyse en cycle de vie d’un bâtiment peut être élevée. Un premier niveau d’imprécision concerne l’évaluation des flux de matière et d’énergie (données de l’inventaire). Un deuxième niveau concerne l’agrégation en effets (impacts potentiels). Enfin, une autre cause d’imprécisions est liée à la durée de la période d’analyse. Il est en effet difficile de prévoir l’évolution des techniques dans les 100 prochaines années (par exemple, en ce qui concerne le traitement des déchets après la démolition d’un bâtiment). Les résultats proposés pour l’analyse en cycle de vie doivent ainsi être étudiés avec précaution et interprétés par comparaison entre variantes.

Les hypothèses

Les données d’entrée nécessaires à l’analyse de cycle de vie d’un bâtiment dans EQUER sont structurées en 5 thèmes principaux: les matériaux de construction, l’énergie, l’eau, les déchets et le transport des occupants (non considéré dans les simulations qui suivent). La durée du cycle de vie du bâtiment est fixée à 80 ans.

Concernant les matériaux de construction, les données additionnelles sont : 5% de surplus de matériau en phase de chantier, une durée de vie des châssis et fenêtres de 30 ans, une durée de vie des revêtements de 15 ans, 50 kilomètres entre le site de fabrication et le chantier et 50 kilomètres entre le chantier et la décharge en fin de vie.

Les besoins en chauffage de l’enveloppe calculés dans un logiciel de simulations thermiques dynamiques (Pleiades+Comfie) sont importés dans le logiciel EQUER. Le mix de production d’électricité de base pour la Belgique est appliqué (78% nucléaire, 13% de gaz naturel, 7% d’énergie renouvelable, 5% de coke et charbon, 2% de pétrole (Cellule Etat de l’Environnement, 2008)). Le gaz naturel est utilisé pour le chauffage et le chauffage de l’eau chaude sanitaire.  Des consommations additionnelles d’électricité et de chauffage sont spécifiées (équipement électrique, etc.).

Le rendement du réseau d’eau, qui dépend des fuites dans les canalisations d’eau potable est fixé à 80%. La consommation en eau froide s’élève à 90 litres par personne et par jour et celle en eau chaude à 40 litres par personne et par jour (moyenne wallonne (Cellule Etat de l’Environnement, 2008).

La collecte sélective du verre et du papier est prise en compte (50% de collecte). 50% des déchets sont incinérés sans valorisation énergétique. La quantité de déchets journaliers est fixée à 900 grammes par personne (Cellule Etat de l’Environnement, 2008).


L’objet de l’analyse

L’unité fonctionnelle de l’ACV est une maison unifamiliale de type « 4 façades » (figures 2 et 3)


Figure 2 : Plan du rez-de-chaussée et de l’étage de la maison de référence


Figure 3 : Modélisation 3D

Trois variantes d’isolation sont comparées : une variante sans isolation, une variante avec une isolation légère dans les murs (3cm), toitures (6cm) et dalles de sol (3cm) et une variante avec une isolation plus importante (standard en vigueur pour les nouvelles constructions entre 1996 et 2008 en Région wallonne).

Les résultats

En ce qui concerne le critère énergétique (un des 12 impacts environnementaux évalués grâce au logiciel EQUER), la phase d’utilisation est, de loin, celle qui présente les consommations les plus importantes sur tout le cycle de vie du bâtiment, et ce, quelque soit la variante testée (sans isolation, avec isolation légère ou avec isolation standard), avec une légère tendance à la baisse si l’isolation augmente (97,9% du bilan global pour la variante sans isolation, 96,5% pour la variante avec isolation légère et 95,9% pour la variante avec isolation standard). L’impact relatif de la phase d’utilisation diminue pour des périodes d’analyse plus courte mais reste très important (92,4% pour un cycle de vie de 40 ans et 90,6% pour un cycle de vie de 30 ans).


Figure 4 : Comparaison de l’impact des 4 phases du cycle de vie, pour les 3 variantes d’isolation

D’autres bâtiments périurbains ont été soumis à l’analyse en cycle de vie. Les résultats sont très similaires au cas présenté ici. Ce premier résultat est par ailleurs cohérent avec les résultats d’analyses en cycle de vie de bâtiments présentés dans la littérature internationale. Ainsi, la phase d’utilisation, qui représente approximativement entre 80 et 98% des impacts totaux en cycle de vie, est la phase qui a l’impact environnemental le plus grand. La phase de construction représente entre 1 et 20% des impacts et la phase de fin de vie de 0,2 à 5% (Adalberth et al. 2001, Blengini 2009, Huberman and Pearlmutter 2008, Peuportier 2001, Scheuer et al. 2003). En conséquence, réduire les flux d’énergie, d’eau et de déchets en phase d’utilisation devrait avoir un plus grand impact qu’utiliser des matériaux très performants lors de la phase de construction.

L’impact des trois variantes proposées sur les autres indicateurs environnementaux calculés par le logiciel EQUER (dont notamment la réduction de l’effet de serre, en tonnes de CO2), est également significatif. L’écart entre variante faiblement isolée et variante isolée de façon standard est plus limitée. Le diagramme radar (figure 5) montre ainsi que l’influence des premiers centimètres d’isolant est primordiale et que le gain engendré par les centimètres suivants est plus réduit, et ce pour l’ensemble des 12 indicateurs environnementaux.


Figure 5 : Diagramme radar présentant l’impact des 3 variantes (sans isolation en rouge, avec isolation légère en vert et avec isolation standard en bleu) sur les 12 indicateurs environnementaux d’EQUER.


Références

  • Adalberth, K., A. Almgren and E.H. Petersen. (2001). Life cycle assessment of four multi-family buildings. International Journal of Low Energy & Sustainable 2. Blengini, G.A. (2009). Life cycle of buildings, demolition and recycling potential: a case study in Turin, Italy. Building and Environment 44:319–30. Cellule Etat de l’Environnement. (2007). Rapport analytique sur l’état de l’environnement wallon 2006-2007. MRW – Direction Générale des Ressources Naturelles et de l’Environnement. Report D/2007/5322/45. Cellule Etat de l’Environnement Wallon, Belgium
  • Huberman, N. and D. Pearlmutter. (2008). A life-cycle energy analysis of building materials in the Negev desert. Energy and Buildings 40:837–48.
  • Peuportier, B. (2001). Life cycle assessment applied to the comparative evaluation of single family houses in the French context. Energy and Buildings 33(5):443–50.
  • Peuportier B. (2004). La simulation et les nouvelles attentes liées au concept de développement durable, documentation fournie avec les logiciels IZUBA.
  • Peuportier B., Polster B. (non daté). Logiciel EQUER. Simulation du cycle de vie des bâtiments. Manuel d’utilisation du logiciel EQUER.
  • Reiter, S. (2010). Life Cycle Assessment of Buildings - a review. Proceedings of ArcelorMittal International Network in Steel Construction 2010 : Sustainability Workshop.
  • Scheuer, C., G.A. Keoleian G.A. and P. Reppe. (2003). Life cycle energy and environmental performance of a new university building: modeling challenges and design implications. Energy and Buildings 35:1049–64.
  • Verbeek, G. and H. Hens. (2005). Energy savings in retrofitted dwellings: economically viable? Energy and Buildings 37:747-754.

Pour aller plus loin

Autres fiches

Découvrez nos autres fiches pratiques sur www.safe-energie.be/

Liens utiles

Notre site : www.safe-energie.be
Département de l’énergie et du bâtiment durable : mrw.wallonie.be/dgatlp
LEMA : www.lema.ulg.ac.be
Architecture et Climat : http://www-climat.arch.ucl.ac.be

Références et publications scientifiques de l’équipe en lien avec cette fiche

  • Rossi, B, Marique, A.-F, & Reiter, S. 2012. Life-cycle assessment of residential buildings in three different European locations, case study. Building & Environment, 51, 402-407.
  • Rossi, B, Marique, A.-F, Glaumann, M, & Reiter, S. 2012. Life-cycle assessment of residential buildings in three different European locations, basic tool. Building & Environment, 51, 395-401.
  • Marique, A.-F. and S. Reiter. 2012b. A method to evaluate the energy consumption of suburban neighborhoods. HVAC&R Research Journal 18 (1-2): P.88-99.

 

  • Rossi, B, Marique, A.-F, & Reiter, S. 2011. Life-cycle carbon footprint of a residential steel framed building in different climates. World Sustainable Building Conference: SB11, Helsinki, Finland.
  • Reiter, S. 2010. Life Cycle Assessment of Buildings - a review. Proceedings of ArcelorMittal International Network in Steel Construction 2010 : Sustainability Workshop.
  • Marique, A.-F, & Reiter, S. 2010. A method to assess global energy requirements of suburban areas at the neighbourhood scale. Proceedings of the 7th International Conference on Indoor Air Quality, Ventilation and Energy Conservation in buildings, Syracuse, USA.

Auteurs de la fiche

LEMA

Université de Liège
A.F. Marique et Prof. S. Reiter
Chemin des Chevreuils, 1 B52/3
4000 Liège
afmarique[at]ulg.ac.be
+32 4 366 93 67
http://www.lema.ulg.ac.be/