Introduction : Efficacité vs Sobriété
L'efficacité énergétique consiste à réduire la consommation d'énergie pour un service rendu identique (mieux isoler, moteurs plus performants). La sobriété énergétique consiste à réduire le besoin lui-même (moins chauffer, moins de déplacements).
// Équation de la consommation
E_conso = Besoin × (1 / Efficacité)
Réduire E : soit réduire le Besoin (sobriété)
soit augmenter l'Efficacité (technique)
// Exemple chauffage
Besoin : 15000 kWh (maison mal isolée)
Efficacité chaudière : 90%
E_conso = 15000 / 0.90 = 16667 kWh
1. Rendement des Systèmes
Le rendement (η) est le rapport entre l'énergie (ou puissance) utile et l'énergie absorbée. Il est toujours inférieur à 1 (ou 100%) pour un convertisseur d'énergie.
1.1 Définition et calcul
// Rendement
η = P_utile / P_absorbée = E_utile / E_absorbée
// Pertes
P_pertes = P_absorbée - P_utile = P_absorbée × (1 - η)
// Rendement global (systèmes en série)
η_global = η₁ × η₂ × η₃ × ...
// Exemple : chaîne motrice véhicule électrique
Batterie (95%) × Onduleur (98%) × Moteur (92%) × Transmission (96%)
η_global = 0.95 × 0.98 × 0.92 × 0.96 = 82.2%
1.2 Rendements typiques
| Système | Rendement | Pertes principales |
|---|---|---|
| Chaudière gaz condensation | 95-110%* | Fumées (récupération latente) |
| Chaudière fioul classique | 85-90% | Fumées, rayonnement |
| Moteur électrique | 85-95% | Effet Joule, frottements |
| Moteur thermique (essence) | 25-35% | Chaleur (60%), frottements |
| LED | 40-50% | Chaleur, IR |
| Lampe incandescente | 5% | Chaleur (95%) |
| Panneau photovoltaïque | 18-22% | Réflexion, chaleur, spectre |
* >100% sur PCI car récupération de la chaleur latente de condensation.
2. COP, EER et SCOP des Pompes à Chaleur
Les pompes à chaleur (PAC) et climatiseurs ont un "rendement" supérieur à 100% car ils déplacent de la chaleur au lieu de la créer. On utilise des coefficients spécifiques.
2.1 COP (Coefficient de Performance)
// COP en mode chauffage
COP = Q_chaud / W_élec = P_thermique / P_électrique
Q_chaud = chaleur fournie au logement (kWh)
W_élec = énergie électrique consommée (kWh)
// Exemple : PAC air/eau
P_thermique = 8 kW, P_électrique = 2.5 kW
COP = 8 / 2.5 = 3.2
→ Pour 1 kWh électrique, 3.2 kWh de chaleur
→ 2.2 kWh prélevés à la source froide (air extérieur)
2.2 EER (Energy Efficiency Ratio)
// EER en mode rafraîchissement (climatisation)
EER = Q_froid / W_élec
Q_froid = chaleur extraite du local (kWh)
// Exemple : climatiseur
P_froid = 3.5 kW, P_électrique = 1 kW
EER = 3.5 / 1 = 3.5
→ Pour 1 kWh électrique, 3.5 kWh de froid
→ 4.5 kWh rejetés à l'extérieur (Q_froid + W_élec)
2.3 SCOP et SEER (coefficients saisonniers)
SCOP et SEER sont les coefficients moyens sur une saison de chauffe ou de climatisation. Ils tiennent compte des variations de température extérieure et des phases de dégivrage.
SCOP = Σ Q_chaud / Σ W_élec (sur la saison)
SEER = Σ Q_froid / Σ W_élec (sur la saison)
| Type de PAC | COP nominal | SCOP | Classe énergie |
|---|---|---|---|
| PAC air/air (split) | 3.0-4.0 | 2.5-3.5 | A+ à A+++ |
| PAC air/eau | 3.5-4.5 | 3.0-4.0 | A+ à A+++ |
| PAC eau/eau | 4.5-5.5 | 4.0-5.0 | A++ à A+++ |
| PAC géothermique | 5.0-6.0 | 4.5-5.5 | A+++ |
3. Étiquettes Énergie
Les étiquettes énergie permettent de comparer l'efficacité des équipements. Depuis 2021, une nouvelle échelle A-G remplace l'ancienne échelle A+++ à D.
3.1 Électroménager
Réfrigérateur (exemple)
Classe A : < 41 kWh/an (100L)
Classe D : 80-100 kWh/an
Classe G : > 150 kWh/an
Index EEI (Energy Efficiency Index)
Lave-linge (exemple)
Classe A : < 52 kWh/100 cycles
Classe D : 69-80 kWh/100 cycles
Classe G : > 100 kWh/100 cycles
Programme Eco 40-60°C
3.2 Bâtiment (DPE)
// DPE (Diagnostic de Performance Énergétique)
Classe A : < 70 kWh/m²/an ET < 6 kg CO₂/m²/an
Classe B : 71-110 kWh/m²/an ET 7-11 kg CO₂/m²/an
Classe C : 111-180 kWh/m²/an ET 12-30 kg CO₂/m²/an
Classe D : 181-250 kWh/m²/an ET 31-50 kg CO₂/m²/an
Classe E : 251-330 kWh/m²/an ET 51-70 kg CO₂/m²/an
Classe F : 331-420 kWh/m²/an (passoire thermique)
Classe G : > 420 kWh/m²/an (passoire thermique)
Énergie primaire : chauffage + ECS + climatisation + éclairage + auxiliaires
Passoires thermiques : Les logements F et G ne pourront plus être loués à partir de 2025 (G) et 2028 (F). Objectif : rénovation de 7 millions de logements.
4. Améliorer l'Efficacité Énergétique
4.1 Dans le bâtiment
| Action | Économie | Investissement | Retour |
|---|---|---|---|
| Isolation combles | 25-30% | 20-50 €/m² | 3-5 ans |
| Isolation murs (ITE) | 20-25% | 100-200 €/m² | 10-15 ans |
| Double vitrage → Triple | 10-15% | 300-600 €/m² | 15-20 ans |
| Chaudière gaz → PAC | 50-70% | 10-15 k€ | 7-12 ans |
| VMC simple → Double flux | 15-20% | 3-7 k€ | 10-15 ans |
4.2 Dans l'industrie et les transports
Industrie
- Variateurs de vitesse sur moteurs
- Récupération de chaleur fatale
- Éclairage LED + détection
- Isolation des réseaux vapeur
- Maintenance prédictive
Transports
- Véhicules électriques (×3 efficacité)
- Éco-conduite (-15%)
- Aérodynamisme, allègement
- Récupération au freinage
- Pneus basse résistance
Effet rebond : Attention, l'amélioration de l'efficacité peut conduire à augmenter l'usage (voiture économe → plus de km). L'efficacité doit s'accompagner de sobriété.
Résumé
- 1Rendement : η = P_utile/P_absorbée. Toujours < 100% (sauf PAC).
- 2COP : Coefficient de performance PAC. COP = Q_chaud/W_élec. Typique : 3-5.
- 3Étiquettes : A-G pour l'électroménager et le DPE bâtiment.
- 4Leviers : Isolation, PAC, LED, variateurs, récupération chaleur.
Mini-Quiz
1. Une PAC consomme 3 kWh électrique et fournit 12 kWh de chaleur. Quel est son COP ?
→ COP = 12/3 = 4
2. Un climatiseur a un EER de 3.5. Pour extraire 7 kW de froid, quelle puissance électrique ?
→ P_élec = Q_froid/EER = 7/3.5 = 2 kW
3. Un logement de 100 m² consomme 25000 kWh/an. Quelle classe DPE ?
→ 25000/100 = 250 kWh/m²/an → Classe E (entre 251 et 330 → proche D/E)
