Introduction : L'énergie dans le bâtiment
Le secteur du bâtiment représente 44% de la consommation énergétique finale en France (dont 2/3 pour le résidentiel) et 25% des émissions de CO₂. La performance énergétique est donc un enjeu majeur pour atteindre la neutralité carbone en 2050 (SNBC).
La réglementation (RE2020) et le DPE encadrent les consommations des bâtiments neufs et existants. L'objectif est de réduire les consommations de 38% d'ici 2030 par rapport à 2010.
Références réglementaires :
• RE2020 - Arrêté du 4 août 2021 (bâtiments neufs depuis 2022)
• DPE 2021 - Arrêté du 31 mars 2021 (méthode 3CL-DPE)
• Loi Climat et Résilience - Août 2021 (interdiction location F/G)
• Décret tertiaire - Réduction -40% d'ici 2030 pour bâtiments > 1000 m²
• CEE - Certificats d'Économies d'Énergie (loi POPE 2005)
1. Le Diagnostic de Performance Énergétique (DPE)
Le DPE est obligatoire pour toute vente ou location depuis 2006. Depuis le 1er juillet 2021, il est opposable (engage la responsabilité du propriétaire) et basé sur la méthode 3CL-DPE 2021 (calcul conventionnel).
1.1 Double étiquette énergie + climat
Le DPE 2021 introduit une double étiquette : la note finale est la plus défavorable des deux. Un logement très énergivore en chauffage gaz peut être dégradé par ses émissions de CO₂.
Étiquette Énergie (kWh_ep/m²/an)
Étiquette Climat (kgCO₂eq/m²/an)
1.2 Contenu de l'énergie
// 5 postes de consommation du DPE
E_totale = E_chauffage + E_ECS + E_refroidissement + E_eclairage + E_auxiliaires
E_chauffage : chauffage des locaux
E_ECS : eau chaude sanitaire
E_refroidissement : climatisation (si présente)
E_eclairage : éclairage artificiel (tertiaire principalement)
E_auxiliaires : ventilation, pompes, régulation
// Coefficients d'énergie primaire (DPE 2021)
Électricité réseau : 2.3
Gaz naturel : 1.0
Fioul domestique : 1.0
Bois : 1.0
Réseau de chaleur urbain : variable (0.6 à 1.2)
1.3 Facteurs d'émission CO₂
| Énergie | Facteur ep | CO₂ (kg/kWh_PCI) | Usage type |
|---|---|---|---|
| Électricité | 2.3 | 0.079 | PAC, convecteurs |
| Gaz naturel | 1.0 | 0.227 | Chaudière, cuisson |
| Fioul domestique | 1.0 | 0.324 | Chaudière fioul |
| Propane / GPL | 1.0 | 0.274 | Zone non desservie gaz |
| Bois bûches | 1.0 | 0.030 | Poêle, insert |
| Bois granulés | 1.0 | 0.030 | Poêle à pellets, chaudière |
⛔ Passoires thermiques - Calendrier d'interdiction de location :
• 1er janvier 2025 : Classe G interdite à la location
• 1er janvier 2028 : Classe F interdite à la location
• 1er janvier 2034 : Classe E interdite à la location
En 2023 : 5 millions de logements F ou G en France → obligation de rénovation
2. Les Indicateurs RE2020
La RE2020 (Réglementation Environnementale 2020), applicable depuis le 1er janvier 2022, va plus loin que la RT2012 en intégrant l'impact carbone du bâtiment sur son cycle de vie.
2.1 Bbio : Besoin bioclimatique
// Besoin bioclimatique (sans unité, valeur conventionnelle)
Bbio = 2 × B_chauffage + 2 × B_refroidissement + 5 × B_éclairage
B_chauffage : besoin de chauffage [points]
B_refroidissement : besoin de refroidissement [points]
B_éclairage : besoin d'éclairage artificiel [points]
Caractérise la QUALITÉ de l'enveloppe
Indépendant des systèmes de chauffage/climatisation
// Exigence RE2020
Bbio ≤ Bbio_max
Bbio_max = Bbio_max_moyen × (1 + M_geo + M_alt + M_surf)
Valeurs Bbio_max maison individuelle :
Zone H1a (Nord) : ~75 | Zone H2b (Ouest) : ~65 | Zone H3 (Sud) : ~55
2.2 Cep : Consommation énergie primaire
// Consommation énergie primaire [kWh_ep/m²_SHAB/an]
Cep = Σ (E_usage × coef_ep_énergie) / SHAB
Inclut : chauffage + ECS + refroidissement + éclairage + auxiliaires
// Coefficients énergie primaire RE2020
Électricité réseau : 2.3 (inchangé vs RT2012)
Gaz / Fioul / GPL : 1.0
Bois : 1.0
Électricité PV autoconsommée : 1.0 (favorable !)
Exigence RE2020 maison :
Cep ≤ Cep_max ≈ 75-85 kWh_ep/m²/an (selon zone climatique)
2.3 Cep,nr : Énergie non renouvelable
// Nouveauté RE2020 : consommation non renouvelable
Cep,nr = Σ (E_usage × coef_ep_nr_énergie) / SHAB
Coefficients ep non renouvelable :
Électricité réseau : 2.3 (part nucléaire et fossile)
Gaz naturel : 1.0
Fioul : 1.0
Bois : 0.0 (100% renouvelable !)
Électricité PV : 0.0
Chaleur PAC (part EnR) : réduit
Exigence RE2020 maison :
Cep,nr ≤ Cep,nr_max ≈ 55 kWh_ep/m²/an
💡 Impact du Cep,nr : Ce nouvel indicateur favorise fortement :
• PAC : COP 4 → 1 kWh_ef consommé = 4 kWh de chaleur dont 3 gratuits (air extérieur)
• Bois : Cep,nr = 0 pour le bois (considéré 100% EnR)
• Solaire thermique : Réduit les besoins ECS
• Photovoltaïque : Autoconsommation valorisée à Cep_nr = 0
2.4 Ic : Indicateurs Carbone
// Impact carbone construction (kgCO₂eq/m²)
Ic_construction = Σ (masse_matériau × facteur_émission) / SHAB
Inclut : production matériaux + transport + mise en œuvre + fin de vie
// Impact carbone énergie (kgCO₂eq/m²)
Ic_énergie = Σ (consommation × facteur_CO₂) / (50 ans × SHAB)
Seuils Ic_construction maison (évolution progressive) :
2022-2024 : 640 kgCO₂eq/m²
2025-2027 : 530 kgCO₂eq/m²
2028-2030 : 475 kgCO₂eq/m²
2031+ : 415 kgCO₂eq/m²
| Indicateur | Unité | Seuil maison MI | Seuil collectif | Ce qu'il mesure |
|---|---|---|---|---|
| Bbio | points | ≈ 63 | ≈ 65 | Qualité de l'enveloppe |
| Cep | kWh_ep/m²/an | ≈ 75 | ≈ 85 | Consommation totale |
| Cep,nr | kWh_ep/m²/an | ≈ 55 | ≈ 70 | Énergie non renouvelable |
| DH | °C.h | ≤ 1250 | ≤ 1250 | Confort d'été |
| Ic_construction | kgCO₂eq/m² | ≈ 640 (2022) | ≈ 740 | Carbone matériaux |
3. Calcul des Besoins Énergétiques
3.1 Déperditions thermiques
// Déperditions par transmission (parois)
D_tr = Σ(U_i × S_i) + Σ(ψ_j × L_j) + Σ(χ_k) [W/K]
U_i : coefficient transmission paroi i [W/(m².K)]
S_i : surface paroi i [m²]
ψ_j : pont thermique linéique j [W/(m.K)]
L_j : longueur pont thermique j [m]
χ_k : pont thermique ponctuel k [W/K]
// Déperditions par renouvellement d'air
D_vent = 0.34 × Q_v [W/K]
Q_v : débit de ventilation [m³/h]
0.34 = ρ_air × c_air / 3600 [Wh/(m³.K)]
// Déperditions totales
D_total = D_tr + D_vent [W/K]
// Coefficient Ubât moyen
U_bât = D_tr / A_déperditive [W/(m².K)]
📐 Exemple : Maison RT2012 de 100 m²
Parois :
• Murs (80 m², U = 0.20 W/(m².K)) → 80 × 0.20 = 16 W/K
• Toiture (100 m², U = 0.15) → 100 × 0.15 = 15 W/K
• Plancher bas (100 m², U = 0.20) → 100 × 0.20 = 20 W/K
• Vitrages (20 m², Uw = 1.3) → 20 × 1.3 = 26 W/K
• Ponts thermiques → ~15 W/K
D_tr = 16 + 15 + 20 + 26 + 15 = 92 W/K
Ventilation : VMC hygro (Q_v = 100 m³/h)
D_vent = 0.34 × 100 = 34 W/K
D_total = 92 + 34 = 126 W/K
U_bât = 92 / 280 = 0.33 W/(m².K)
3.2 Besoin de chauffage annuel (DJU)
// Méthode des Degrés-Jours Unifiés
B_chauff = D_total × DJU × 24 / 1000 [kWh/an]
DJU : degrés-jours de chauffe (base 18°C) [°C.j]
24 : heures par jour
1000 : conversion Wh → kWh
// Avec apports gratuits (simplifié)
B_net = B_chauff × (1 - F_apports)
F_apports ≈ 0.3 à 0.5 (apports solaires + internes)
Exemple maison 100 m² zone H1c (Paris) :
B_chauff = 126 × 2400 × 24 / 1000 = 7258 kWh/an
B_net = 7258 × 0.6 = 4355 kWh/an (avec 40% apports)
Soit 43.5 kWh/m²/an de besoin net
3.3 Zones climatiques et DJU
| Zone | Villes représentatives | DJU (base 18) | Caractéristique |
|---|---|---|---|
| H1a | Lille, Reims, Strasbourg | 2800-3000 | Hiver froid, continental |
| H1b | Nancy, Dijon, Lyon (est) | 2600-2800 | Hiver froid |
| H1c | Paris, Orléans, Caen | 2400-2600 | Hiver froid océanique |
| H2a | Rennes, Brest | 2200-2400 | Hiver modéré océanique |
| H2b | Nantes, La Rochelle | 2000-2200 | Hiver modéré |
| H2c | Bordeaux, Toulouse | 1800-2000 | Hiver doux, été chaud |
| H2d | Montpellier, Perpignan | 1400-1600 | Méditerranéen |
| H3 | Nice, Marseille, Ajaccio | 1200-1500 | Hiver très doux |
3.4 Rendement des systèmes
// Consommation finale = besoin / rendement
C_final = B_net / η_global
Rendements typiques :
Chaudière gaz condensation : η = 0.95-1.05 (sur PCI)
Chaudière fioul : η = 0.85-0.92
Convecteur électrique : η = 1.0
PAC air/eau : COP = 3.0-4.5 (η équivalent)
PAC géothermique : COP = 4.0-5.5
Poêle à granulés : η = 0.85-0.92
Exemple avec PAC COP 4 :
C_final = 4355 / 4 = 1089 kWh_ef/an
C_ep = 1089 × 2.3 = 2505 kWh_ep/an
Soit 25 kWh_ep/m²/an (très performant !)
4. Leviers d'Amélioration et Aides
4.1 Actions sur l'enveloppe (Bbio)
Isolation renforcée
- • ITE : R ≥ 5 m².K/W (16-20 cm)
- • ITI : R ≥ 4 m².K/W
- • Toiture : R ≥ 8 m².K/W (30-40 cm)
- • Plancher bas : R ≥ 4 m².K/W
Menuiseries performantes
- • Double vitrage : Uw ≤ 1.3 W/(m².K)
- • Triple vitrage : Uw ≤ 0.8 W/(m².K)
- • Facteur solaire : g = 0.5-0.6 (équilibre)
- • Étanchéité : classement AEV
Ponts thermiques
- • Liaison mur/plancher : ψ < 0.5 W/(m.K)
- • Rupteurs thermiques : -70% de ψ
- • ITE : supprime ponts périphériques
- • Continuité isolation : essentielle
Étanchéité à l'air
- • Q4Pa-surf ≤ 0.6 m³/(h.m²) (MI)
- • n50 ≤ 0.6 vol/h (passif)
- • Membrane pare-vapeur
- • Test Blower Door obligatoire
4.2 Actions sur les systèmes (Cep)
| Solution | Performance | Gain Cep | Coût moyen | Aides |
|---|---|---|---|---|
| PAC air/eau | COP 4.0 | -50% | 12-15 k€ | 5-11 k€ |
| PAC géothermique | COP 5.0 | -60% | 20-25 k€ | 10-15 k€ |
| Chaudière gaz THPE | η = 1.08 | -15% | 5-8 k€ | 1-2 k€ |
| Poêle granulés | η = 0.90 | -40% | 4-6 k€ | 2-3 k€ |
| VMC double flux | η = 90% | -20% | 4-7 k€ | 1-2 k€ |
| Chauffe-eau thermo | COP 3.0 | -10% | 2-4 k€ | 1 k€ |
| Panneaux PV 6 kWc | ~6000 kWh/an | Autocons. | 8-12 k€ | Prime autocons. |
4.3 Aides financières 2024
MaPrimeRénov'
- • Bleu (très modeste) : jusqu'à 90%
- • Jaune (modeste) : jusqu'à 75%
- • Violet (intermédiaire) : jusqu'à 60%
- • Rose (aisé) : jusqu'à 40%
- • Parcours accompagné : bonus sortie passoire
CEE (Certificats d'Économies d'Énergie)
- • Financés par les énergéticiens
- • Coup de pouce chauffage : 2500-4000 €
- • Coup de pouce isolation : 10-25 €/m²
- • Coup de pouce rénovation globale
- • Cumulable avec MaPrimeRénov'
5. Exemples de Bâtiments Performants
🏠 Maison RE2020 Type (Zone H2, 2023)
Maison individuelle 120 m² - Construction neuve - Constructeur CCMI
- • Bbio = 58 (max 65) — ITE 16cm R=5, triple vitrage Uw=0.8
- • Cep = 52 kWh_ep/m²/an (max 75) — PAC air/eau COP 4.2
- • Cep,nr = 35 kWh_ep/m²/an (max 55) — PV 3 kWc autoconso
- • DH = 280°C.h (max 1250) — BSO motorisés + surventilation
- • Ic_construction = 580 kgCO₂eq/m² (max 640) — Ossature bois partielle
- • DPE estimé : Classe A (55 kWh/m²/an, 4 kgCO₂/m²/an)
🏢 Immeuble Collectif E+C- (Lyon, 2022)
60 logements - R+7 - Label E3C2 - Promoteur engagé bas carbone
- • Bbio = 55 — ITE 18cm + balcons désolidarisés
- • Cep = 48 kWh_ep/m²/an — Réseau chaleur urbain EnR
- • Cep,nr = 28 kWh_ep/m²/an — 70% EnR réseau
- • Ic_construction = 520 kgCO₂eq/m² — Béton bas carbone CEM III
- • PV toiture 40 kWc : autoconsommation collective
🔧 Rénovation BBC Maison 1970 (Avant/Après)
Maison 100 m² - Rénovation globale - Budget 80 000 € (aides 35 000 €)
Avant (Classe F) :
- • Conso : 380 kWh/m²/an
- • Émissions : 85 kgCO₂/m²/an
- • Facture : 3800 €/an
- • Chaudière fioul 25 ans
- • Simple vitrage + murs non isolés
Après (Classe B) :
- • Conso : 85 kWh/m²/an (-78%)
- • Émissions : 8 kgCO₂/m²/an (-91%)
- • Facture : 850 €/an (-78%)
- • PAC air/eau COP 4
- • ITE 14cm + triple vitrage
🌱 Bâtiment Passif Passivhaus (Alsace, 2021)
Bureau 800 m² - Certification Passivhaus Classic - BEPOS
- • Besoin chauffage : 15 kWh/m²/an (critère Passivhaus)
- • Conso totale : 45 kWh_ep/m²/an (éclairage + bureautique inclus)
- • Production PV : 55 kWh/m²/an → bilan positif !
- • n50 = 0.4 vol/h (étanchéité exceptionnelle)
- • VMC double-flux η = 92% + puits canadien
- • Confort été sans climatisation (inertie + BSO)
Résumé
- 1DPE 2021 : étiquettes A-G, double critère énergie (kWh/m²/an) et climat (kgCO₂/m²/an).
- 2Bbio : qualité de l'enveloppe (isolation, vitrages, compacité), Bbio ≤ ~65.
- 3Cep / Cep,nr : consommation primaire totale / non renouvelable, favorise PAC et EnR.
- 4Déperditions : D_total = D_tr + D_vent = Σ(U×S) + 0.34×Q_v [W/K].
- 5Besoins chauffage : B = D_total × DJU × 24 / 1000 [kWh/an].
- 6Aides : MaPrimeRénov' + CEE couvrent 40-90% des travaux selon revenus.
Mini-Quiz
1. Quelle étiquette DPE correspond à moins de 70 kWh/m²/an ?
→ Étiquette A (bâtiment très performant, type BBC ou passif)
2. Que mesure l'indicateur Bbio de la RE2020 ?
→ La qualité bioclimatique de l'enveloppe (besoins chauffage + refroidissement + éclairage, indépendant des systèmes)
3. Quel est le coefficient d'énergie primaire de l'électricité en RE2020 ?
→ 2.3 (1 kWh final = 2.3 kWh d'énergie primaire)
4. Quelle est la formule simplifiée des déperditions par ventilation ?
→ D_vent = 0.34 × Q_v avec Q_v le débit en m³/h et D_vent en W/K
5. À partir de quelle date les logements G seront interdits à la location ?
→ 1er janvier 2025 (puis F en 2028 et E en 2034)
6. Quel COP minimum doit avoir une PAC pour être efficace ?
→ COP ≥ 3.5 (un COP de 4 signifie 4 kWh de chaleur pour 1 kWh d'électricité)
