Efficacité énergétique du bâtiment
Si l'antenne entraîne une perte thermique, la température de bruit thermique de
cette dernière est égale à , avec et désignent respectivement le rendement ...
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UNIVERSITE MOHAMMED V AGDAL
ECOLE MOHAMMADIA DINGENIEURS
Filière : Génie Civil
Option : Bâtiments, Ponts & Chaussées
Mémoire de Projet de Fin dEtudes
pour lobtention du diplôme dingénieur dEtat
Soutenu par :
M. Hamza SQUALLI
Devant le jury composé de :
Pr. Mimoun ZOUKAGHEPrésident (EMI)Pr. Moulay Larbi ABIDIPr. Azzedine BOUYAHYAOUIM. Taoufiq CHERRADIMme. Rachida IDCHABANIAnnée académique 2010-2011
Résumé
Le présent projet de fin détudes traite de lefficacité énergétique de lenveloppe du bâtiment.
Au Maroc, où la facture énergétique pèse lourd dans le déficit commercial, le secteur du bâtiment représente à lui seul à peu près 36 % de la consommation dénergie finale. Une partie de cette énergie sert aux besoins de chauffage et de climatisation. Si on agit alors sur les déperditions et apports thermiques du bâtiment, de sorte quil soit énergétiquement efficace, on pourra réduire la consommation énergétique de ce secteur.
Lobjectif de ce projet de fin détudes est dapprocher la problématique de lefficacité énergétique du bâtiment, notamment à travers laspect thermique.
Dans ce sens, ce travail comporte une étude de la thermique du bâtiment, une étude générale sur la typologie du bâtiment au Maroc ainsi quune documentation sur quelques réglementations thermiques. Une application de vérification selon le projet de réglementation marocaine a été développée également.
ED.5
J9FI G0' 'D(-+ ('DA9'DJ) 'D7'BJ) DD#(FJ).
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Abstract
This graduation project deals with the building's energy efficiency. The energy bill weighs heavily in the Moroccan trade deficit; the building sector alone accounts for roughly 36% of final energy consumption. A significant part of this energy is used for space heating and air conditioning. If we then act on the heat inputs and losses of the building, so it is energy efficient, we can reduce energy consumption of this sector. The objective of this project graduation is to approach the problem of building energy efficiency, particularly through the thermal aspect. In this sense, this work includes a study of building heat, a general study on Moroccan buildings typology as well as on some thermal regulations. A computer program that checks building conformity according to the Moroccan proposed regulation was developed, particularly.
Remerciements
Tout dabord, je tiens à exprimer mes profonds remerciements à M. Moulay Larbi ABIDI, professeur à lEcole Mohammadia dIngénieurs (EMI), de lencadrement et de lattention particulière quil a apportés à ce projet de fin détudes. Quil soit remercié, également, pour son suivi minutieux et ses directives précieuses.
Je voudrais remercier, ensuite, M. Azzeddine BOUYAHYAOUI, professeur à lEMI, de la disponibilité et de lencadrement durant toute la durée du projet.
Je remercie de même M. Taoufiq CHERRADI, professeur à lEMI, de lattention quil a apportée à ce travail.
Mes vifs remerciements sadressent également à Mme. Rachida IDCHABANI, de lAgence Nationale pour le Développement des Energies Renouvelables et de lEfficacité Energétique. Merci dabord de mavoir proposé la réalisation de lapplication de vérification, et puis de mavoir fourni tous ces documents qui ont été nécessaires à ce projet de fin détudes. Quelle soit remerciée également de sa disponibilité, de sa patience et de ses encouragements lors de la réalisation de lapplication et lors de la rédaction du rapport.
Je voudrais remercier aussi Pr. Mimoun ZOUKAGHE, professeur à lEMI, davoir accepté de juger ce travail.
Je remercie aussi M. Issam KABBAJ, professeur à lEMI, de lassistance dans la partie application.
Et je tiens à remercier du fond du cur M. Mohammed SQUALLI, de mavoir assisté dans la conception et dans le développement de lapplication.
Finalement, je ne pourrais clôturer cette rubrique sans exprimer mon éternelle gratitude envers mes parents, qui mont toujours soutenu moralement et matériellement.
Et un grand merci également à toute ma famille qui ma toujours encouragé, à mes amis et à toute personne ayant contribué à la réalisation de ce travail.
Table des matières
TOC \o "1-4" \h \z HYPERLINK \l "_Toc321859171"INTRODUCTION PAGEREF _Toc321859171 \h 13
HYPERLINK \l "_Toc321859172"CHAPITRE 1 THERMIQUE DU BATIMENT PAGEREF _Toc321859172 \h 15
HYPERLINK \l "_Toc321859173"1. Introduction PAGEREF _Toc321859173 \h 15
HYPERLINK \l "_Toc321859174"1.1. Lenjeu énergétique PAGEREF _Toc321859174 \h 15
HYPERLINK \l "_Toc321859175"1.2. La situation énergétique nationale PAGEREF _Toc321859175 \h 17
HYPERLINK \l "_Toc321859176"2. Quelques définitions PAGEREF _Toc321859176 \h 18
HYPERLINK \l "_Toc321859177"2.1. La température PAGEREF _Toc321859177 \h 18
HYPERLINK \l "_Toc321859178"2.2. Energie et puissance thermiques PAGEREF _Toc321859178 \h 18
HYPERLINK \l "_Toc321859179"2.3. Le confort thermique PAGEREF _Toc321859179 \h 19
HYPERLINK \l "_Toc321859180"2.4. La conductivité thermique PAGEREF _Toc321859180 \h 23
HYPERLINK \l "_Toc321859181"2.5. La diffusivité thermique PAGEREF _Toc321859181 \h 24
HYPERLINK \l "_Toc321859182"2.6. La résistance thermique PAGEREF _Toc321859182 \h 25
HYPERLINK \l "_Toc321859183"2.7. Le coefficient de transmission thermique PAGEREF _Toc321859183 \h 25
HYPERLINK \l "_Toc321859184"2.8. Le facteur solaire PAGEREF _Toc321859184 \h 25
HYPERLINK \l "_Toc321859185"3. Le transfert de chaleur PAGEREF _Toc321859185 \h 26
HYPERLINK \l "_Toc321859186"3.1. Définition PAGEREF _Toc321859186 \h 26
HYPERLINK \l "_Toc321859187"3.2. La conduction thermique PAGEREF _Toc321859187 \h 28
HYPERLINK \l "_Toc321859188"3.3. La convection thermique PAGEREF _Toc321859188 \h 28
HYPERLINK \l "_Toc321859189"3.4. Le rayonnement thermique PAGEREF _Toc321859189 \h 29
HYPERLINK \l "_Toc321859190"3.5. Le bilan thermique PAGEREF _Toc321859190 \h 30
HYPERLINK \l "_Toc321859191"4. Performance énergétique dun bâtiment PAGEREF _Toc321859191 \h 30
HYPERLINK \l "_Toc321859192"4.1. Les apports dénergie dans le bâtiment PAGEREF _Toc321859192 \h 30
HYPERLINK \l "_Toc321859193"4.2. Les déperditions à travers lenveloppe du bâtiment PAGEREF _Toc321859193 \h 30
HYPERLINK \l "_Toc321859194"4.3. Les combles et la toiture PAGEREF _Toc321859194 \h 32
HYPERLINK \l "_Toc321859195"4.4. Les parois verticales PAGEREF _Toc321859195 \h 32
HYPERLINK \l "_Toc321859196"4.5. Les menuiseries extérieures PAGEREF _Toc321859196 \h 32
HYPERLINK \l "_Toc321859197"4.6. Les ponts thermiques PAGEREF _Toc321859197 \h 33
HYPERLINK \l "_Toc321859198"4.7. Le sol PAGEREF _Toc321859198 \h 33
HYPERLINK \l "_Toc321859199"4.8. Le renouvellement dair PAGEREF _Toc321859199 \h 33
HYPERLINK \l "_Toc321859200"5. Calcul du bilan énergétique dun bâtiment PAGEREF _Toc321859200 \h 34
HYPERLINK \l "_Toc321859201"5.1. La résistance thermique d'échange superficiel PAGEREF _Toc321859201 \h 34
HYPERLINK \l "_Toc321859202"5.2. Résistance thermique totale PAGEREF _Toc321859202 \h 35
HYPERLINK \l "_Toc321859203"5.3. Le degré jour PAGEREF _Toc321859203 \h 36
HYPERLINK \l "_Toc321859204"5.4. Bilan thermique dun bâtiment PAGEREF _Toc321859204 \h 37
HYPERLINK \l "_Toc321859205"5.4.1. Déperditions sur une période PAGEREF _Toc321859205 \h 38
HYPERLINK \l "_Toc321859206"5.4.2. Apports gratuits PAGEREF _Toc321859206 \h 42
HYPERLINK \l "_Toc321859207"5.4.3. Besoins en chauffage PAGEREF _Toc321859207 \h 43
HYPERLINK \l "_Toc321859208"5.4.4. Besoins en climatisation PAGEREF _Toc321859208 \h 44
HYPERLINK \l "_Toc321859209"6. Conclusion PAGEREF _Toc321859209 \h 44
HYPERLINK \l "_Toc321859210"CHAPITRE 2 TYPOLOGIE DU BATIMENT AU MAROC PAGEREF _Toc321859210 \h 46
HYPERLINK \l "_Toc321859211"1. Introduction PAGEREF _Toc321859211 \h 46
HYPERLINK \l "_Toc321859212"2. Le résidentiel PAGEREF _Toc321859212 \h 46
HYPERLINK \l "_Toc321859213"2.1. Lhabitat économique PAGEREF _Toc321859213 \h 46
HYPERLINK \l "_Toc321859214"2.1.1. Murs extérieurs PAGEREF _Toc321859214 \h 47
HYPERLINK \l "_Toc321859215"2.1.2. Dalle sur terre plein PAGEREF _Toc321859215 \h 48
HYPERLINK \l "_Toc321859216"2.1.3. Toit PAGEREF _Toc321859216 \h 48
HYPERLINK \l "_Toc321859217"2.1.4. Les fenêtres PAGEREF _Toc321859217 \h 49
HYPERLINK \l "_Toc321859218"2.2. Le standing PAGEREF _Toc321859218 \h 50
HYPERLINK \l "_Toc321859219"3. Le tertiaire PAGEREF _Toc321859219 \h 50
HYPERLINK \l "_Toc321859220"4. Les matériaux de construction au Maroc PAGEREF _Toc321859220 \h 51
HYPERLINK \l "_Toc321859221"4.1.1. Gros uvre PAGEREF _Toc321859221 \h 52
HYPERLINK \l "_Toc321859222"4.1.2. Etanchéité PAGEREF _Toc321859222 \h 52
HYPERLINK \l "_Toc321859223"4.1.3. Revêtement PAGEREF _Toc321859223 \h 53
HYPERLINK \l "_Toc321859224"4.1.4. Menuiserie PAGEREF _Toc321859224 \h 53
HYPERLINK \l "_Toc321859225"4.1.5. Plomberie sanitaire PAGEREF _Toc321859225 \h 53
HYPERLINK \l "_Toc321859226"4.1.6. Electricité PAGEREF _Toc321859226 \h 54
HYPERLINK \l "_Toc321859227"4.1.7. Peinture PAGEREF _Toc321859227 \h 54
HYPERLINK \l "_Toc321859228"4.1.8. Vitrerie PAGEREF _Toc321859228 \h 54
HYPERLINK \l "_Toc321859229"4.1.9. Isolation PAGEREF _Toc321859229 \h 54
HYPERLINK \l "_Toc321859230"5. Les systèmes et les matériaux disolation PAGEREF _Toc321859230 \h 55
HYPERLINK \l "_Toc321859231"5.1. Systèmes disolation PAGEREF _Toc321859231 \h 55
HYPERLINK \l "_Toc321859232"5.1.1. Lisolation extérieure PAGEREF _Toc321859232 \h 55
HYPERLINK \l "_Toc321859233"5.1.2. Lisolation intérieure PAGEREF _Toc321859233 \h 55
HYPERLINK \l "_Toc321859234"5.1.3. Lisolation du noyau PAGEREF _Toc321859234 \h 55
HYPERLINK \l "_Toc321859235"5.2. Matériaux disolation PAGEREF _Toc321859235 \h 55
HYPERLINK \l "_Toc321859236"5.2.1. Classification et caractéristiques PAGEREF _Toc321859236 \h 55
HYPERLINK \l "_Toc321859237"5.2.2. Choix de lisolant PAGEREF _Toc321859237 \h 58
HYPERLINK \l "_Toc321859238"5.3. Exemples types PAGEREF _Toc321859238 \h 58
HYPERLINK \l "_Toc321859239"5.3.1. Murs PAGEREF _Toc321859239 \h 58
HYPERLINK \l "_Toc321859240"5.3.2. Toit PAGEREF _Toc321859240 \h 59
HYPERLINK \l "_Toc321859241"5.3.3. Planchers PAGEREF _Toc321859241 \h 59
HYPERLINK \l "_Toc321859242"5.3.4. Fenêtres PAGEREF _Toc321859242 \h 59
HYPERLINK \l "_Toc321859243"5.3.5. Sources derreurs et défauts de construction typiques PAGEREF _Toc321859243 \h 60
HYPERLINK \l "_Toc321859244"6. Conclusion PAGEREF _Toc321859244 \h 62
HYPERLINK \l "_Toc321859245"CHAPITRE 3 LA REGLEMENTATION THERMIQUE DANS LE BATIMENT PAGEREF _Toc321859245 \h 63
HYPERLINK \l "_Toc321859246"1. Introduction PAGEREF _Toc321859246 \h 63
HYPERLINK \l "_Toc321859247"2. Les outils de la réglementation thermique PAGEREF _Toc321859247 \h 65
HYPERLINK \l "_Toc321859248"3. La réglementation française PAGEREF _Toc321859248 \h 66
HYPERLINK \l "_Toc321859249"3.1. Historique PAGEREF _Toc321859249 \h 66
HYPERLINK \l "_Toc321859250"3.2. La RT2012 PAGEREF _Toc321859250 \h 67
HYPERLINK \l "_Toc321859251"4. La réglementation algérienne PAGEREF _Toc321859251 \h 69
HYPERLINK \l "_Toc321859252"5. La réglementation libanaise PAGEREF _Toc321859252 \h 70
HYPERLINK \l "_Toc321859253"6. La réglementation américaine PAGEREF _Toc321859253 \h 70
HYPERLINK \l "_Toc321859254"7. La réglementation suédoise PAGEREF _Toc321859254 \h 71
HYPERLINK \l "_Toc321859255"8. La réglementation britannique PAGEREF _Toc321859255 \h 71
HYPERLINK \l "_Toc321859256"9. Autres réglementations PAGEREF _Toc321859256 \h 72
HYPERLINK \l "_Toc321859257"10. Le projet de réglementation marocaine PAGEREF _Toc321859257 \h 72
HYPERLINK \l "_Toc321859258"10.1. Introduction PAGEREF _Toc321859258 \h 72
HYPERLINK \l "_Toc321859259"10.2. Approche délaboration PAGEREF _Toc321859259 \h 74
HYPERLINK \l "_Toc321859260"10.2.1. Le zonage climatique PAGEREF _Toc321859260 \h 75
HYPERLINK \l "_Toc321859261"10.2.2. Définition des spécifications techniques minimales des performances thermiques des bâtiments PAGEREF _Toc321859261 \h 76
HYPERLINK \l "_Toc321859262"11. Conclusion PAGEREF _Toc321859262 \h 77
HYPERLINK \l "_Toc321859263"CHAPITRE 4 APPLICATION DE VERIFICATION SELON LE PROJET DE REGLEMENTATION THERMIQUE MAROCAINE PAGEREF _Toc321859263 \h 79
HYPERLINK \l "_Toc321859264"1. Introduction PAGEREF _Toc321859264 \h 79
HYPERLINK \l "_Toc321859265"2. Organigramme et calculs de lapplication PAGEREF _Toc321859265 \h 79
HYPERLINK \l "_Toc321859266"2.1. Organigramme PAGEREF _Toc321859266 \h 79
HYPERLINK \l "_Toc321859267"2.2. Calculs PAGEREF _Toc321859267 \h 82
HYPERLINK \l "_Toc321859268"6.1.1. TGBV PAGEREF _Toc321859268 \h 82
HYPERLINK \l "_Toc321859269"6.1.2. U et R PAGEREF _Toc321859269 \h 82
HYPERLINK \l "_Toc321859270"6.1.3. FS* PAGEREF _Toc321859270 \h 83
HYPERLINK \l "_Toc321859271"3. Présentation de lapplication PAGEREF _Toc321859271 \h 86
HYPERLINK \l "_Toc321859272"4. Etude de cas PAGEREF _Toc321859272 \h 91
HYPERLINK \l "_Toc321859273"CONCLUSION PAGEREF _Toc321859273 \h 97
HYPERLINK \l "_Toc321859274"BIBLIOGRAPHIE PAGEREF _Toc321859274 \h 99
HYPERLINK \l "_Toc321859275"WEBOGRAPHIE PAGEREF _Toc321859275 \h 100
HYPERLINK \l "_Toc321859276"ANNEXE 1 : Zonage climatique PAGEREF _Toc321859276 \h 101
HYPERLINK \l "_Toc321859277"ANNEXE 2: Termes de référence de l application PAGEREF _Toc321859277 \h 102
Liste des figures
TOC \h \z \c "Figure" HYPERLINK \l "_Toc321859278"Figure 1 1: Consommation d'énergie finale dans le monde en 2007 PAGEREF _Toc321859278 \h 17
HYPERLINK \l "_Toc321859279"Figure 1 2: Structure du potentiel d'efficacité énergétique dans la région de la méditerranée du sud sur la période 2010-2030 PAGEREF _Toc321859279 \h 18
HYPERLINK \l "_Toc321859280"Figure 1 3: Production de la chaleur dans le coprs humain PAGEREF _Toc321859280 \h 21
HYPERLINK \l "_Toc321859281"Figure 1 4: Température opérative idéale en fonction de l'habillement et de l'activité PAGEREF _Toc321859281 \h 23
HYPERLINK \l "_Toc321859282"Figure 1 5: Flux thermique définissant la conductivité thermique PAGEREF _Toc321859282 \h 24
HYPERLINK \l "_Toc321859283"Figure 1 6: Conductivités thermiques de quelques matériaux (W/m°C) PAGEREF _Toc321859283 \h 25
HYPERLINK \l "_Toc321859284"Figure 1 7: Facteur solaire PAGEREF _Toc321859284 \h 27
HYPERLINK \l "_Toc321859285"Figure 1 8: Transfert de chaleur à travers une paroi PAGEREF _Toc321859285 \h 28
HYPERLINK \l "_Toc321859286"Figure 1 9: Répartition approximative des déperditions thermiques dans le bâtiment PAGEREF _Toc321859286 \h 33
HYPERLINK \l "_Toc321859287"Figure 1 10: Résistances thermiques superficielles intérieure et extérieure PAGEREF _Toc321859287 \h 35
HYPERLINK \l "_Toc321859288"Figure 1 11: Besoins énergétiques spécifiques de chauffage et climatisation : 12 localités du Maroc PAGEREF _Toc321859288 \h 38
HYPERLINK \l "_Toc321859289"Figure 1 12: Besoins de chauffage dans un bâtiment PAGEREF _Toc321859289 \h 39
HYPERLINK "../../salima/Documents/EMI/9raya/3ème année/PFE EFFICACITE ENERGETIQUE/rapport/VERSION 2/Efficacité énergtétique de l'enveloppe du bâtiment.docx" \l "_Toc321859290"Figure 1 13: Déperditions surfaciques vers un local non chauffé PAGEREF _Toc321859290 \h 41
HYPERLINK \l "_Toc321859291"Figure 2 1: Plancher à poutrelles PAGEREF _Toc321859291 \h 50
HYPERLINK \l "_Toc321859292"Figure 2 2: Epaisseurs équivalentes de quelques matériaux PAGEREF _Toc321859292 \h 59
HYPERLINK \l "_Toc321859293"Figure 2 3: Discontinuité de la couche isolante PAGEREF _Toc321859293 \h 61
HYPERLINK \l "_Toc321859294"Figure 2 4: Pont thermique géométrique PAGEREF _Toc321859294 \h 61
HYPERLINK "../../salima/Documents/EMI/9raya/3ème année/PFE EFFICACITE ENERGETIQUE/rapport/VERSION 2/Efficacité énergtétique de l'enveloppe du bâtiment.docx" \l "_Toc321859295"Figure 2 5: Exemples de ponts thermiques PAGEREF _Toc321859295 \h 62
HYPERLINK \l "_Toc321859296"Figure 3 1: Coefficients de la RT2012 PAGEREF _Toc321859296 \h 69
HYPERLINK \l "_Toc321859297"Figure 3 2: Coefficients limites de la RT2012 PAGEREF _Toc321859297 \h 70
HYPERLINK \l "_Toc321859298"Figure 3 3: Structure de la consommation par secteur PAGEREF _Toc321859298 \h 74
HYPERLINK \l "_Toc321859299"Figure 3 4: Coefficient d'ensoleillement SHGC PAGEREF _Toc321859299 \h 78
HYPERLINK \l "_Toc321859300"Figure 4 1: Organigramme général PAGEREF _Toc321859300 \h 80
HYPERLINK \l "_Toc321859301"Figure 4 2: Informations générales PAGEREF _Toc321859301 \h 81
HYPERLINK \l "_Toc321859302"Figure 4 3: Caractéristiques de l'enveloppe PAGEREF _Toc321859302 \h 81
HYPERLINK \l "_Toc321859303"Figure 4 4: Organigramme 1 PAGEREF _Toc321859303 \h 82
HYPERLINK \l "_Toc321859304"Figure 4 5: Organigramme 2 PAGEREF _Toc321859304 \h 82
HYPERLINK \l "_Toc321859305"Figure 4 6: Organigramme 3 PAGEREF _Toc321859305 \h 83
HYPERLINK \l "_Toc321859306"Figure 4 7: Auvent horizontal PAGEREF _Toc321859306 \h 85
HYPERLINK \l "_Toc321859307"Figure 4 8: Ailette verticale PAGEREF _Toc321859307 \h 85
HYPERLINK \l "_Toc321859308"Figure 4 9: Informations générales sur le projet PAGEREF _Toc321859308 \h 87
HYPERLINK \l "_Toc321859309"Figure 4 10: Interface 1 PAGEREF _Toc321859309 \h 87
HYPERLINK \l "_Toc321859310"Figure 4 11: Interface 2 PAGEREF _Toc321859310 \h 88
HYPERLINK \l "_Toc321859311"Figure 4 12: Interface 3 PAGEREF _Toc321859311 \h 88
HYPERLINK \l "_Toc321859312"Figure 4 13: Interface 4 PAGEREF _Toc321859312 \h 89
HYPERLINK \l "_Toc321859313"Figure 4 14: Interface 5 PAGEREF _Toc321859313 \h 90
HYPERLINK \l "_Toc321859314"Figure 4 15: Interface 6 PAGEREF _Toc321859314 \h 90
HYPERLINK \l "_Toc321859315"Figure 4 16: Interface 7 PAGEREF _Toc321859315 \h 91
HYPERLINK \l "_Toc321859316"Figure 4 17: Interface 8 PAGEREF _Toc321859316 \h 92
HYPERLINK \l "_Toc321859317"Figure 4 18: Vue en élévation du bâtiment étudié PAGEREF _Toc321859317 \h 92
Liste des tableaux
TOC \h \z \c "Tableau" HYPERLINK \l "_Toc321859318"Tableau 1 1: EXEMPLES DE PAROIS DANS LE BATIMENT PAGEREF _Toc321859318 \h 32
HYPERLINK \l "_Toc321859319"Tableau 1 2: RESISTANCES D'ECHANGES SUPERFICIELS PAGEREF _Toc321859319 \h 36
HYPERLINK \l "_Toc321859320"Tableau 1 3: RESISITANCES PARTIELLES D UNE PAROI PAGEREF _Toc321859320 \h 37
HYPERLINK \l "_Toc321859321"Tableau 1 4: CALCUL DES DIFFERENTES DEPERDITIONS THERMIQUES DANS UN BATIMENT PAGEREF _Toc321859321 \h 43
HYPERLINK \l "_Toc321859322"Tableau 2 1: COMPARATIF MATERIAUX D ISOLATION ORGANIQUES - NON ORGANIQUES PAGEREF _Toc321859322 \h 58
HYPERLINK \l "_Toc321859323"Tableau 4 1: COEFFICIENTS DE MASQUE ARCJITECTURAL DES AUVENTS HORIZONTAUX PAGEREF _Toc321859323 \h 85
HYPERLINK \l "_Toc321859324"Tableau 4 2: COEFFICIENT DE MASQUE ARCHITECTURAL DES AILETTES VERTICALES PAGEREF _Toc321859324 \h 86
INTRODUCTION
Un bâtiment doit répondre à deux critères :
assurer la sécurité de ses occupants ;
leur offrir les conditions nécessaires pour lexercice de leurs activités.
Le premier critère concerne léquilibre du bâtiment et la résistance de ses éléments. Il est obtenu par la conception et le calcul du bâtiment selon les règles de lart.
Le second concerne le confort quoffre le bâtiment à ses occupants (confort thermique et acoustique, entre autres). Lorsque ce critère est négligé, on est amené à dépenser autant quil faut pour assurer ce confort.
Ceci étant, la facture énergétique du Royaume du Maroc naggrave que trop sa dépendance énergétique. Ceci a été une conséquence attendue de la croissance démographique et du développement économique. Pour palier à cette dépendance, deux chantiers majeurs ont été lancés :
le développement des énergies renouvelables ;
lamélioration de lefficacité énergétique.
Etant donné que les bâtiments sont de grands consommateurs dénergie, il serait intéressant daugmenter leur efficacité énergétique. Explicitement, il sagit de diminuer leur consommation annuelle en kWh/m² habitable.
Ceci passe à travers deux créneaux. Le premier est laugmentation de lefficacité énergétique des équipements du bâtiment : éclairage, électroménager,
. Le second, auquel est consacré ce projet de fin détudes, est lamélioration de lefficacité énergétique de lenveloppe du bâtiment, c'est-à-dire minimiser les échanges énergétiques entre le bâtiment et lextérieur.
Si un projet de réglementation thermique marocaine est en cours de préparation, lefficacité énergétique de lenveloppe du bâtiment a suscité, jusquà présent, peu dintérêt aussi bien académique que professionnel au Maroc. Ce projet de fin détudes se veut un essai détude de lun des aspects de lefficacité énergétique du bâtiment, en loccurrence laspect thermique.
La première partie de ce travail est consacrée à la thermique du bâtiment. Après quelques généralités sur le transfert de chaleur, on aborde les notions de confort, déperditions et bilan thermiques. On présente après quelques systèmes et matériaux d'isolation.
La deuxième partie parle de la typologie des bâtiments au Maroc. Elle dresse un bilan sommaire des constructions marocaines types, en matière de système structural et matériaux de construction. Laccent y est particulièrement mis sur lenveloppe du bâtiment.
Dans la troisième partie, on décrit brièvement quelques réglementations thermiques en vigueur dans certains pays avant de passer plus en détail au projet de réglementation marocaine.
La quatrième et dernière partie de ce projet de fin détudes est consacrée à un programme informatique développé pour la vérification des bâtiments selon le projet de réglementation thermique marocaine.
THERMIQUE DU BATIMENT
Introduction
Un bâtiment est une structure habitée par des occupants isolés de lenvironnement extérieur par une enveloppe. Il se doit alors de leur assurer un certain confort avec un minimum de dépenses (énergétiques).
La thermique du bâtiment est la science qui sintéresse aux besoins énergétiques du bâtiment. Elle sintéresse entre autres aux déperditions calorifiques du bâtiment, à travers les parois ou par renouvellement dair, pour calculer les besoins énergétiques du bâtiment en termes de climatisation, de chauffage et de production deau chaude sanitaire.
La règle générale pour ce faire est de déterminer la température extérieure minimum moyenne pour les périodes les plus froides de lannée (pour le chauffage par exemple), et de faire le bilan des puissances calorifiques séchappant du bâtiment pour cette température extérieure donnée.
Lenjeu énergétique
Au niveau mondial, le secteur du bâtiment représente à lui seul à peu près 35 % de la consommation dénergie finale et a contribué, en 2008, à hauteur dun tiers environ des émissions de CO2, comme le montre le graphique suivant :
EMBED Excel.Chart.8 \s
Figure STYLEREF 1 \s 1 SEQ Figure \* ARABIC \s 1 1: Consommation d'énergie finale dans le monde en 2007
Le potentiel d économies d énergie dans ce secteur au niveau mondial est de l ordre de 40%, et ce en grande partie via des mesures économiquement rentables. C est également un secteur très stratégique du fait de la longue durée de vie des bâtiments : les constructions daujourdhui conditionneront durablement les consommations de demain et un bâtiment bien conçu sera toujours plus performant et moins couteux quun bâtiment rénové à posteriori.
La région du sud de la méditerranée ne déroge pas à ce constat puisque, en moyenne, le secteur du bâtiment représente environ 38% de lénergie consommée (ce pourcentage varie entre 27 et 65%, selon les pays). Il représente, par ailleurs, le gisement déconomie le plus important qui se situe souvent autour de 40% dans la plupart des pays de la région.
Ce potentiel peut être atteint à travers la réunion de plusieurs mesures individuelles, comme le montre le graphique suivant issu dune étude réalisée par Plan Bleu en 2009.
EMBED Excel.Chart.8 \s
Figure STYLEREF 1 \s 1 SEQ Figure \* ARABIC \s 1 2: Structure du potentiel d'efficacité énergétique dans la région de la méditerranée du sud sur la période 2010-2030
Notons que la mesure de l amélioration des performances thermiques de l enveloppe des bâtiments couvre à elle seule 50% de ce potentiel, grâce aux économies dénergie quelle implique pour les besoins de chauffage et de climatisation. Il en découle limportance de la conception thermique des bâtiments.
La situation énergétique nationale
Au Maroc, la question énergétique figure rarement parmi les priorités du maître douvrage lors de la conception du bâtiment. Ceci est dû à de nombreux facteurs tels que le manque dinitiatives, le manque dinformation ainsi que la structure complexe et fragmentée de lacte de bâtir.
Pour finir, le législateur na prévu, jusquà présent, aucun texte relatif à la performance énergétique dans lacte de bâtir au Maroc.
Le projet de réglementation thermique des bâtiments au Maroc, dont les éléments techniques sont déjà prêts, pourra être officialisé incessamment.
Pour certains pays avancés dans la question thermique des bâtiments, lenjeu est beaucoup plus clair. La France, par exemple, qui possède une tradition en matière de conception thermique, renouvelle à chaque fois sa réglementation en vue darriver, dans lhorizon 2020, à lhabitat passif.
Quelques définitions
La température
La température d'un système est une fonction croissante du degré d'agitation thermique des particules, c'est-à-dire de son énergie thermique. Elle est définie par l'équilibre de transfert de chaleur avec d'autres systèmes.
Par exemple, quand l'agitation est faible, l'objet est froid au toucher. Cette sensation est due à un transfert de chaleur des doigts vers l'objet. Elle se mesure au moyen d'un thermomètre.
Lunité internationale de la température est le Kelvin. Mais lunité la plus utilisée est le degré Celsius. Un degré Celsius ou un Kelvin représente la même quantité de chaleur. Le zéro des degrés Celsius correspond au point de congélation de leau. Le zéro des Kelvins représente la valeur de la température la plus basse possible, cest à dire le zéro absolu. Léchelle des Kelvins démarre au zéro absolu et se trouve décalée vers le bas de 273.15 unités par rapport à léchelle des degrés Celsius.
Energie et puissance thermiques
La thermique est la partie de la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de l'énergie pour la production de chaleur ou de froid.
Lénergie caractérise la capacité à produire des actions, à modifier la température d'un corps ou à transformer la matière. Elle se mesure en J (Joules), ou pratiquement en kWh (kilowattheures). Quant à la puissance, cest l'énergie fournie à un système par un autre par unité de temps et se mesure en kW.
Dans la thermique du bâtiment, la période de consommation d énergie est généralement l année. La quantité d énergie consommée est mesurée en kWh. On peut ramener cette mesure à la combustion de X kg ou X m3 de combustible.
Quelques ordres de grandeur de consommation énergétique :
1 litre de fuel ! 10 kWh ;
1 m3 de gaz naturel ! 10 kWh ;
1 kg de bois sec ! 4,5 kWh.
Le confort thermique
Le confort thermique figure parmi les prestations qu un bâtiment doit pouvoir assurer aux utilisateurs. C est une sensation de bien être physique qui dépend de conditions liées à lenvironnement :
la température de lair ambiant ;
la température des surfaces à lintérieur du bâtiment ;
lhumidité relative de lair ;
la vitesse de lair ;
ainsi que de conditions personnelles:
létat de santé ;
lâge ;
la condition physique.
Cest donc une sensation subjective et variable selon les individus.
La température corporelle dune personne est denviron 37°C. Cependant, la température moyenne de la surface de la peau est de 33°C. Lhomme produit de la chaleur par « combustion » chimique (oxydation) de sa nourriture : libérant ainsi lénergie solaire qui a fait pousser cette même nourriture-là.
Et si lon connait que la température corporelle de lhomme est supérieure à la température environnante presque toute lannée, on peut dire alors que lhomme libère de la chaleur en permanence. Cette chaleur est produite sous les formes suivantes (les pourcentages sont des moyennes):
conduction et convection thermique (environ 35%);
rayonnement thermique (environ 35%);
vapeur d eau (transpiration et respiration, environ 24%);
réchauffement des aliments, des boissons ingérés et de l air inspiré (environ 6%).
Figure STYLEREF 1 \s 1 SEQ Figure \* ARABIC \s 1 3: Production de la chaleur dans le coprs humain
En été ou pendant une activité intense, la chaleur est plus libérée par évaporation, en hiver, plus par convection et par rayonnement.
Cependant, quelle que soit la forme sous laquelle la chaleur est transférée, le corps essaie toujours de maintenir sa température normale, car cest seulement à cette température-là que les fonctions vitales peuvent seffectuer normalement.
Cest ainsi quen hiver, le corps réduit son émission calorifique en contractant la peau : le sang chaud ne peut plus atteindre les dernières capillaires. Par contre, en été ou dans des pièces chauffées, ces capillaires se dilatent, de sorte que plus de chaleur puisse être transférée par évaporation.
Cependant, il y a des limites à cette régulation naturelle de la température. Une contraction continue des vaisseaux sanguins peut provoquer une gelure, alors quune dilatation continue peut entraîner une chute importante de la pression sanguine (coup de chaleur).
Lhomme complète ce mécanisme automatique de régulation de la température en portant des vêtements adaptés, en ayant une alimentation adéquate et en chauffant et refroidissant les pièces de séjour.
Mais la quantité totale de chaleur émise par un corps ne dépend pas seulement de la température environnante, mais également et surtout - de son activité.
L'activité métabolique peut s'exprimer en watt par mètre carré de peau ([W/m²], échelle de droite sur la figure 2) ou en met. Un met correspond à une activité tranquille, en position assise, soit à 55 W/m2. L'habillement correspond, du point de vue thermique, à une résistance à la perte de chaleur corporelle. Un clo correspond à une tenue de ville (complet veston), soit à une résistance thermique de 0,155 m2K/W.
Figure STYLEREF 1 \s 1 SEQ Figure \* ARABIC \s 1 4: Température opérative idéale en fonction de l'habillement et de l'activité
La température opérative est celle ressentie par les occupants. Elle est fonction des températures de l'air et des surfaces environnantes. Une température opérative donnée (par exemple 22°C) peut être obtenue de plusieurs manières.
On remarque qu'en tenue d'hiver (1 clo), une personne assise (1 met) demande, en moyenne, une température opérative de 23±2°C. Cette température tombe à 18±3°C si cette personne a une activité plus grande (2 met), qui correspond à une activité de ménage. Une température de 20°C dans les habitations et les bureaux est raisonnable en hiver, si on admet que les occupants adaptent leur habillement à leur activité (on ajoute un pull-over si on lit dans un fauteuil, et on tombe la veste pour repasser le linge ou passer l'aspirateur).
En tenue d'été (0,5 clo), la température optimale est de 26±1,5°C pour les personnes tranquilles, et 22±2°C pour une activité courante. Il est donc inutile de refroidir (climatiser) les bâtiments en dessous de 24°C en été, et il est même inconfortable de les refroidir à 20°C.
Suivant sa sensation globale, la personne se déclarera ainsi satisfaite ou insatisfaite. Le critère fondamental de confort est donc la satisfaction des usagers. Ce n'est en tous cas pas la seule température de l'air. Il est possible de déterminer à l'avance les conditions à réunir pour obtenir une satisfaction maximum pour le confort thermique
Mais généralement, on peut dire que le confort thermique a lieu lorsque la quantité de chaleur produite par le métabolisme est cédée à lenvironnement, et lorsque lon ne ressent aucune sensation ni de chaud ni de froid dans aucune partie du corps.
Finalement, et au vu de tous ces phénomènes calorifiques, on considère généralement que le confort thermique a lieu aux températures environnantes suivantes :
en hiver : de 18°C à 23°C ;
en été : de 22°C à 26°C.
La conductivité thermique
La conductivité thermique, », caractérise la conduction thermique d un matériau. C est une grandeur physique intrinsèque du matériau. Physiquement, c est la puissance (en Watts) qui traverse 1 m² de paroi sur 1 m d épaisseur, lorsqu elle est soumise à une différence de température de 1 °C.
Figure STYLEREF 1 \s 1 SEQ Figure \* ARABIC \s 1 5: Flux thermique définissant la conductivité thermique
Plus la conductivité thermique est donc élevée, plus le matériau conduit de la chaleur. Plus elle est faible, plus le produit est isolant.
Ce coefficient n'est valable que pour les matériaux homogènes. Pour les matériaux hétérogènes, on parle de conductivité équivalente.
Le schéma ci-dessous montre les ordres de grandeur de quelques conductivités thermiques :
Figure STYLEREF 1 \s 1 SEQ Figure \* ARABIC \s 1 6: Conductivités thermiques de quelques matériaux (W/m°C)
Il est à remarquer que l air est un très bon isolant mais à condition d être immobilisé. L air en mouvement évacue la chaleur (par convection).
Quelques ordres de grandeur :
Il y a un rapport :
de 1 à 10 entre la conductivité thermique du bois et celle du béton ;
de 1 à 37 entre la conductivité thermique dun isolant et celle du béton ;
de 1 à 1300 entre la conductivité thermique dun isolant et celle de lacier.
La diffusivité thermique
La diffusivité thermique est une grandeur physique qui caractérise la capacité d'un matériau continu à transmettre un signal de température d'un point à un autre de ce matériau. Elle dépend de la capacité du matériau à conduire la chaleur (sa conductivité thermique) et de sa capacité à stocker la chaleur (capacité thermique). La diffusivité thermique (m²/s) est fréquemment désignée par les lettres a, D ou la lettre grecque ± :
où
» est la HYPERLINK "http://www.thermique-du-batiment.wikibis.com/conductivite_thermique.php" \o "Conductivité thermique"conductivité thermique du matériau [W.m-1.K-1] ;
Á est la HYPERLINK "http://www.ciment.wikibis.com/masse_volumique.php" \t "_blank" \o "Masse volumique"masse volumique du matériau [kg. m-3] ;
c est la HYPERLINK "http://fr.wikipedia.org/wiki/Capacit%C3%A9_thermique" \t "_blank" \o "Capacité thermique"capacité thermique massique du matériau, [J. kg-1. K-1]
La diffusivité thermique est une HYPERLINK "http://www.statelem.com/extensivite_-_intensivite.php" \l "Intensivit.C3.A9" \t "_blank" \o "Grandeur intensive"grandeur intensive. Elle détermine l'HYPERLINK "http://www.thermique-du-batiment.wikibis.com/inertie_thermique.php" \o "Inertie thermique"inertie thermique d'un solide.
La résistance thermique
La résistance thermique dun matériau dune épaisseur donnée caractérise son aptitude à réduire les déperditions calorifiques. Plus cette résistance est élevée, plus le produit est isolant.
Exprimé en m².K/W, la résistance thermique (r) s'obtient par le rapport de l'épaisseur (e) en mètres sur la conductivité thermique ( QUOTE ) du matériau homogène:
Si le matériau est hétérogène, la résistance thermique est donnée par le fabriquant.
Le coefficient de transmission thermique
Le coefficient de transmission de chaleur U indique la HYPERLINK "http://www.corbelet.com/transfert_thermique.php" \t "_blank" \o "Transfert thermique"quantité de chaleur qui traverse un mètre carré de surface en une seconde, quand la différence de la température de l'air aux deux côtés de la surface est d'un HYPERLINK "http://fr.wikipedia.org/wiki/Kelvin" \t "_blank" \o "Kelvin"kelvin. Plus cet indice est bas, meilleure est la protection thermique. L'unité est le HYPERLINK "http://fr.wikipedia.org/wiki/Watt" \t "_blank" \o "Watt"watt par HYPERLINK "http://fr.wikipedia.org/wiki/M%C3%A8tre_carr%C3%A9" \t "_blank" \o "Mètre carré"mètre carré et par HYPERLINK "http://fr.wikipedia.org/wiki/Kelvin" \t "_blank" \o "Kelvin"kelvin (W/m²K).
Le facteur solaire
Le facteur solaire (appelé aussi Solar Heat Gain Coefficient, SHGC) est la quantité dénergie solaire, exprimée en pourcentage (%), que lon retrouve derrière les baies vitrées exposées au rayonnement solaire (sans protections solaires extérieures et intérieures).
Ce pourcentage de chaleur que lon retrouve derrière la baie vitrée, est la résultante des phénomènes très complexes de transmission, dabsorption et de réflexion qui ont lieu dans le système considéré. Le coefficient FS (ou SHGC) est donné par le fabricant des vitrages.
Figure STYLEREF 1 \s 1 SEQ Figure \* ARABIC \s 1 7: Facteur solaire
Il est à noter que le choix du type de vitrage devrait favoriser un coefficient de transmission du rayonnement solaire visible le plus élevé possible pour un même coefficient « FS » et ce, pour assurer au mieux léclairage naturel des locaux.
Le transfert de chaleur
Définition
Chauffer un corps cest lui communiquer de lénergie qui va augmenter lagitation interne de ses molécules.
Le transfert de chaleur - ou transfert thermique - est une science qui sintéresse au transit dénergie - ou échange de calories - dû à une différence de température, dun milieu « chaud » vers un milieu « froid ».
Cest lune des sciences de base de lingénieur.
Ce transit dénergie, ou propagation de chaleur, peut avoir lieu dans un solide, un liquide, un gaz ou même le vide.
Il existe trois modes de transfert thermique :
La conduction, qui est un transport dénergie sans déplacement de matière. Elle peut avoir lieu aussi bien dans les matériaux solides que dans les fluides (liquides et gaz).
Exemple : une barre métallique chauffée en une extrémité monte très vite en chaleur à lautre extrémité.
La convection, qui est un transport dénergie avec déplacement de matière. Elle concerne les fluides en mouvement ou les fluides en contact avec des surfaces rigides.
Exemple : radiateur de chauffage central chauffant les molécules de lair qui, devenues plus légères, montent au plafond se refroidir pour redescendre après.
Le rayonnement, qui est un transport dénergie sans déplacement de matière ni contact entre milieux. Ayant lieu dans le vide, il est dû aux vibrations électromagnétiques.
Exemple : la Terre est réchauffée par le rayonnement du Soleil.
Ces trois modes déchange peuvent se produire simultanément.
Figure STYLEREF 1 \s 1 SEQ Figure \* ARABIC \s 1 8: Transfert de chaleur à travers une paroi
Le flux de chaleur est la quantité de chaleur échangée entre deux milieux par unité de temps :
Avec :
QUOTE en Joules [J] ;
QUOTE en secondes [s] ;
QUOTE en Watts [W].
La densité de flux est la quantité de chaleur par unités de temps et de surface :
La conduction thermique
La conduction thermique est le mode de transfert de chaleur provoqué par une différence de température entre deux régions d'un même milieu ou entre deux milieux en contact sans déplacement. C'est l'agitation thermique qui se transmet de proche en proche, une molécule ou un atome cédant une partie de son énergie cinétique à son voisin et ainsi de suite.
Ce transfert de chaleur spontané d'une région de température élevée vers une région de température plus basse obéit à la loi de la conduction, dite loi de Fourier, énoncée en 1822 : la densité de flux de chaleur est proportionnelle au gradient (variation) de la température :
Où:
QUOTE est la densité de flux thermique [W/m²] ;
QUOTE est le coefficient de conductivité thermique [W/(m².°C) ou W/(m².K)] ;
QUOTE est la température en un point donné du matériau [K].
La convection thermique
La convection concerne exclusivement les fluides (gaz ou liquides) et prend sa source dans un transport macroscopique de matière. Il y a convection lorsque l'on chauffe une casserole d'eau. La variation thermique verticale est croissante vers le bas, le point chaud est en bas et le point froid en haut. La masse volumique du fluide situé en bas s'abaisse (car celui ci est plus chaud) et le fluide s'élève pour être remplacé par du fluide plus lourd situé plus haut. La convection tente de s'opposer à la variation thermique par un mouvement de fluide. Si l'on chauffe par le haut, le fluide chaud se situe au dessus du fluide froid et la convection est annihilée.
La loi de la convection, ou loi de Newton, a été énoncée en 1701 :
Où:
QUOTE est la densité de flux thermique [W/m²] ;
QUOTE est le coefficient de transfert de chaleur [W/(m².°C) ou W/(m².K)] ;
QUOTE est la température de la surface [K ou °C] ;
QUOTE est la température loin de la surface [K ou °C].
Le rayonnement thermique
Un corps chauffé émet de l'énergie sous forme de rayonnement électromagnétique. Une des particularités de ce rayonnement dit "thermique" est qu'il peut se propager dans le vide. Le rayonnement est caractérisé par une densité d'énergie et un spectre (répartition de l'énergie suivant la longueur d'onde). Le rayonnement thermique se déplace vers les courtes longueurs d'ondes quand la température du corps augmente. Cest le cas de lacier dont la variation de température est visible à lil. Il peut suivant la température bleuir en usinage (300° C), rougir lors dun traitement thermique (700° C), jaunir vers 1100° C et blanchir avant la fusion (1500° C).
La loi du rayonnement, ou loi de Stéphan-Boltzmann (1884-1901), est la suivante :
Où :
QUOTE ;
QUOTE la température de la source rayonnante.
Cette relation est valable tant que la surface est idéale (corps noir).
Pour une surface réelle, ou corps gris, le flux émis par la surface se trouve réduit par lémissivité :
Si, de plus, la surface rayonnante est environnée dune autre surface à QUOTE léchange net de chaleur est alors :
Le bilan thermique
Pour un volume de contrôle donné, et à chaque instant, le bilan de conservation dénergie sécrit :
Avec :
QUOTE : ce qui entre ;
QUOTE : ce qui sort ;
QUOTE : lénergie générée (positive si produite, négative si consommée) ;
QUOTE lénergie accumulée (variation dans le temps).
Si lon veut exprimer ce bilan-là à travers une surface :
Ces équations constituent la base du calcul des déperditions thermiques.
Performance énergétique dun bâtiment
Les apports dénergie dans le bâtiment
Il y a deux types dapports dénergie dans le bâtiment : intérieurs et extérieurs.
Dans ce qui suit, on parlera du cas du chauffage.
La principale source dapports intérieurs est le chauffage. La respiration et le rayonnement humains, lélectroménager et le multimédia sont aussi des sources potentielles dapport énergétique.
Quant à lapport extérieur, il sagit du rayonnement solaire. Il est grandement influencé par les choix de lorientation et des menuiseries.
Les déperditions à travers lenveloppe du bâtiment
Le bâtiment est un espace de vie et/ou de travail séparé du milieu environnant par une enveloppe. Ceci étant, cette enveloppe nest pas tout à fait étanche car il faut bien avoir des sorties ne serait-ce que pour le renouvellement dair. Les déperditions thermiques du bâtiment vers lextérieur peuvent donc être scindées en deux parties :
déperditions par les parois : murs, plafonds, planchers, fenêtres, portes, ponts thermiques.
déperditions par renouvellement dair.
Les parois dont on parle ici sont destinées à séparer entre deux ambiances, et par conséquent limiter les flux thermiques, tout en prenant en considération la perméabilité à lair et lexposition au vent.
On y distingue essentiellement :
les parois opaques : murs, planchers ;
les liaisons provoquant les ponts thermiques : liaison mur-dallage béton ;
les parois vitrées : fenêtres, portes-fenêtres ;
Le tableau suivant donne quelques exemples de parois dans le bâtiment:
Tableau STYLEREF 1 \s 1 SEQ Tableau \* ARABIC \s 1 1: EXEMPLES DE PAROIS DANS LE BATIMENT
Parois opaques (sans les baies)Menuiseries ou ouvrantsverticaleshorizontalesinclinéesverticauxinclinésmurs dhabitationplanchers sur vide sanitaire ou sur cavebardages inclinésfenêtresouvrants en toitures inclinéesDautre part, les parois peuvent séparer le bâtiment :
de lextérieur ;
dun local non chauffé (LNC) ;
du sol.
Finalement, la transmission de la chaleur à travers ces parois peut être sous trois formes :
surfacique ;
linéique ;
ponctuelle.
Figure STYLEREF 1 \s 1 SEQ Figure \* ARABIC \s 1 9: Répartition approximative des déperditions thermiques dans le bâtiment
Les combles et la toiture
Les combles et la toiture constitueraient la première zone de perte de chaleur (30% à peu près). Cela s explique par le fait que l'air chaud monte et donc le sommet du bâtiment est naturellement sujet à plus de déperditions thermiques.
Les parois verticales
Jusquà 25% des pertes de chaleur peuvent séchapper par les murs. Après le toit, les murs sont la deuxième source de perte de chaleur (20-25%). Les murs exposés vers le Nord sont les plus concernés car peu ensoleillés. Quant aux murs exposés vers l'Ouest (ou le Nord, selon la région), ils sont plus concernés par l'humidité car plus exposés à la pluie.
Les menuiseries extérieures
Environ 13 à 15 % de la chaleur s'échappe d'une fenêtre peu ou mal isolée. Isoler les fenêtres est une priorité économique et écologique. La qualité de la structure de la menuiserie est très importante, une fenêtre bas de gamme finit par mal fermer et mal isoler. Le choix du matériau est moins déterminant sur des menuiseries de qualité, le PVC, le bois ou l'aluminium sont très répandus.
Les ponts thermiques
Un pont thermique est une partie des éléments de construction dun bâtiment par laquelle la chaleur est échangée plus rapidement avec lextérieur que par dautres éléments de construction. On y distingue :
les ponts thermiques constructifs ;
les ponts thermiques géométriques ;
les ponts thermiques matériels (dus aux matériaux utilisés) ;
les ponts thermiques convectifs.
Les ponts thermiques découlent, en général de contraintes constructives et géométriques. Ils vont provoquer des dépenses énergétiques, un inconfort sur le plan de l'hygiène et une détérioration progressive des matériaux.
Le sol
Environ 7 à 10 % des pertes de chaleur peuvent seffectuer par le sol. Un revêtement (plancher, moquette) est déjà un isolant, mais peut ne pas suffire. Il serait alors nécessaire disoler, et ce en fonction du type de sol.
La meilleure solution est de créer un vide sanitaire de 20 à 50 cm de hauteur entre le sol et la terre. Cest une bonne solution pour isoler parfaitement et éviter les éventuels problèmes d'humidité. Cependant, il est impératif de bien le ventiler. Dans ce cas l'isolant doit être posé sous le sol.
Dans le cas d'une dalle sans vide sanitaire, on peut envisager des panneaux isolants, ou, si possible, prévoir un mortier isolant.
Le renouvellement dair
Le renouvellement dair, ou ventilation, est nécessaire pour avoir un bon confort thermique.
Sil doit être suffisant du point de vue de lhygiène, il doit néanmoins être réduit pour éviter de grandes déperditions énergétiques.
Lorsquun air neuf, de température Te, est introduit dans un local chauffé de température Ti, cet air devra alors être porté jusquà la température Ti. On a alors :
Ou encore :
Avec :
QUOTE : masse volumique de lair ;
QUOTE : débit dair neuf hygiénique, fonction du type de bâtiment, du type de pollution des locaux, du nombre doccupants... ;
QUOTE : capacité calorifique de lair = 1000 J/kg°C.
Calcul du bilan énergétique dun bâtiment
La résistance thermique d'échange superficiel
La transmission de la chaleur de l'air ambiant à une paroi et vice versa se fait à la fois par rayonnement et par convection. Cet échange est influencé par :
la température de lair ambiant ;
la température de la paroi ;
la position (verticale, horizontale ou oblique) de la paroi ;
la direction du flux.
Le coefficient d'échange thermique superficiel (hi) entre une ambiance intérieure et une paroi est la somme des quantités de chaleur transmise entre lambiance intérieure et la face intérieure de la paroi, par convection et par rayonnement, par unité de temps, par unité de surface de la paroi et pour un écart de 1 K entre la température de la résultante sèche de l'ambiance et la température de surface :
Figure STYLEREF 1 \s 1 SEQ Figure \* ARABIC \s 1 10: Résistances thermiques superficielles intérieure et extérieure
hi s'exprime en W/m²K et ri, la résistance thermique d'échange d'une surface intérieure est égale à l'inverse du coefficient d'échange thermique de surface intérieure hi :
De même, la résistance déchange superficiel externe est :
Les résistances déchange superficiel sont données dans le tableau suivant (en W/m²K):
Tableau STYLEREF 1 \s 1 SEQ Tableau \* ARABIC \s 1 2: RESISTANCES D'ECHANGES SUPERFICIELS
ParoiAngle formé avec l horizontaleSens du fluxParois en contact avec l extérieur, un passage couvert ou un local ouvertParois en contact avec un autre local chauffé ou non chauffé, un comble ou un vide sanitaireVerticale> 60°Horizontal0.110.060.170.110.110.22Horizontaled" 60°Ascendant0.090.050.140.090.090.18Verticaled" 60°Descendant0.170.050.220.170.170.34Résistance thermique totale
Les échanges thermiques à travers une paroi se font par:
convection et rayonnement, de par et d autre de la paroi ;
conduction, à travers les matériaux constituant la paroi.
Tableau STYLEREF 1 \s 1 SEQ Tableau \* ARABIC \s 1 3: RESISITANCES PARTIELLES DUNE PAROI
Type déchangeRésistanceEchanges superficiels par convection et rayonnementRésistance superficielle interne : QUOTE
Résistance superficielle externe : QUOTE Echanges par conductionRésistance thermique de chaque constituant dune paroiCes échanges dépendent alors du gradient de température entre lintérieur et lextérieur, et de la résistance thermique totale de la paroi.
La résistance thermique totale est égale à la somme des résistances des parois et des résistances superficielles.
Les échanges thermiques sont faibles si la résistance thermique totale est élevée.
Le degré jour
Le COSTIC (centre d'études et de formation pour le génie climatique et l'équipement technique du bâtiment, France) définit le degré jour ainsi:
"Pour un lieu donné, le degré jour est une valeur représentative de lécart entre la température dune journée donnée et un seuil de température préétabli."
Il sert à évaluer les besoins en énergie pour le chauffage ou la climatisation. Les cumuls de degrés jour sobtiennent de façon simple en additionnant les degrés jour quotidiens, sur la période de cumul souhaitée : semaine, mois ou période quelconque.
Si on considère par exemple 18 °C comme température de base en hiver, on pourra alors écrire :
On utilise les degrés-jours-unifiés (DJU) pour calculer les consommations de chauffage dune année sur lautre ce qui permet de connaître le degré de sévérité d'un hiver dans un lieu donné et de réaliser des estimations de consommations d'énergie thermique en proportion de la rigueur de l'hiver. Les DJU sont additionnés sur une période de chauffe de 232 jours allant du 1er octobre au 20 mai. Les degrés-jours sont calculés a partir de relevés de températures extérieures établies par le service de la météo sous forme de bases de données annuelles ou trentenaires, généralement sur une base de 18 °C (d'où l'appellation DJU-base 18) :
Lorsque la température moyenne du jour est supérieure ou égale à 18°C, l'écart est compté comme nul.
Au Maroc, la moyenne des DJCH va de moins 350 pour les stations côtières situées au sud dAgadir à plus de 1600 au Moyen et Petit Atlas.
Les degrés-jours de climatisation sont semblables aux degrés-jours de chauffage sauf quils mesurent les besoins en climatisation domestique au cours des mois chauds dété par rapport à une température de référence. La température de référence utilisée (au Maroc) est 21°C. Lorsque la température extérieure est 21°C les gains internes peuvent faire augmenter la température intérieure au dessus de 24°C-26°C et impliquent alors des besoins de climatisation.
Figure STYLEREF 1 \s 1 SEQ Figure \* ARABIC \s 1 11: Besoins énergétiques spécifiques de chauffage et climatisation : 12 localités du Maroc
Bilan thermique d un bâtiment
Un bilan thermique du bâtiment permet de calculer ses besoins de chauffage :
Figure STYLEREF 1 \s 1 SEQ Figure \* ARABIC \s 1 12: Besoins de chauffage dans un bâtiment
Le total des déperditions est naturellement égal au total des apports.
Déperditions sur une période
Les déperditions sont calculées selon lélément à travers lequel le transfert de chaleur à lieu. Dans ce qui suit, on présentera les formules théoriques pour calculer les déperditions thermiques.
Murs, planchers et toits :
R étant la résistance thermique totale de la paroi, comme vu dans 1.6.3..
Vitres
La résistance thermique totale de la surface vitrée doit être majorée afin de prendre en considération :
la menuiserie ;
les rideaux ;
la fermeture, éventuellement.
Ainsi, le coefficient de transmission de la vitre est tel que :
QUOTE étant le coefficient de transmission thermique de la paroi vitrée nue + menuiserie. Il est donné selon le type de la menuiserie (bois, métal ou plastique) et selon le type de la fenêtre.
Déperditions linéiques
Ponts thermiques
Un pont thermique est considéré comme déperdition linéique car léchange de chaleur se fait suivant une longueur. Les déperditions thermiques sont alors :
l ou h étant la longueur du pont thermique, selon quil sagit dun plancher ou dun mur de refend, respectivement. Le coefficient de transmission linéique QUOTE est le plus souvent déterminé expérimentalement.
Dallage sur terre-plein
Pour un écart de température de 1K, les déperditions sont :
Avec :
k : coefficient de transmission linéique (W/mK) ;
L : pourtour extérieur du plancher (m).
Cette formule concerne également les liaisons murs-plancher.
Déperditions ponctuelles
Elles ont lieu dans les recoins des locaux en contact avec lextérieur. Elles sont pratiquement négligeables devant les déperditions linéiques.
Déperditions vers les locaux non chauffés
Ce type de déperditions est à la fois surfacique et linéique.
Pour les LNC, il y a lieu de distinguer entre :
les LNC utilisables :
garage ;
locaux de sous-sol ;
les LNC non utilisables :
combles perdus ;
vide sanitaire.
La température dun LNC est, durant la période de chauffage, généralement supérieure à la température extérieure. Elle dépend de laération du local.
Les déperditions vers les LNC sont naturellement moins importantes que ceux vers lextérieur (gradient de température oblige).
La figure suivante illustre les déperditions surfaciques vers un LNC :
Le bilan thermique du LNC nous donne :
C'est-à-dire :
On peut donc écrire :
Avec :
Appelé coefficient de réduction des températures. Sa connaissance nous évite de devoir connaître la température QUOTE du LNC. Ses valeurs dépendent de la nature du LNC, elles sont fixées par le règlement.
De même, les déperditions linéiques sécrivent :
QUOTE et QUOTE étant respectivement le coefficient de transfert linéique et la longueur intérieure de la liaison.
Finalement, les déperditions vers un LNC sont, par écart unitaire de température :
Dans la pratique
Dans la pratique, on utilise les formules suivantes pour calculer les déperditions thermiques dans un bâtiment :
Tableau STYLEREF 1 \s 1 SEQ Tableau \* ARABIC \s 1 4: CALCUL DES DIFFERENTES DEPERDITIONS THERMIQUES DANS UN BATIMENT
Déperditions aérauliquesRenouvellement d airInfiltrations d airDéperditions à travers l enveloppePonts thermiquesPlancher basToitureMursMenuiseries extérieuresApports gratuits
Apports internes des habitants
Il sagit de la quantité de chaleur dégagée par les habitants du bâtiment. Vu quelle est très variable selon lindividu (sexe, corpulence,
) et selon lactivité (repos, activité physique), on modélise les apports internes des habitants sous la forme dune puissance par heure et par mètre carré QUOTE fixée par la réglementation. Lapport interne des habitants est donc :
QUOTE étant la surface fonctionnelle du bâtiment en m².
Apports solaires
Les apports solaires dépendent :
du site ou se trouve le bâtiment ;
de son orientation ;
de ses surfaces réceptrices.
Ils sont calculés par :
Avec :
QUOTE : lirradiation solaire pour lorientation j [W/m²] ;
QUOTE : laire réceptrice équivalente dorientation j [m²]. Elle se calcule par :
Avec :
A : la surface du bâtiment [m²];
QUOTE : le facteur de correction pour lombrage ;
QUOTE : le facteur solaire ; pourcentage dénergie entrant dans un local par rapport à lénergie incidente.
Apports dus à léclairage
Les faisceaux de lumière, étant par définition des ondes électromagnétiques, transportent de lénergie. Pour une lampe émettant une quantité de chaleur QUOTE par mètre carré (donnée par le fabriquant), lénergie émise totale est alors :
Apports spécifiques
Dautres apports spécifiques peuvent exister, selon la destination du bâtiment : équipements médicaux, machines diverses,
.
On notera ces apports par QUOTE .
Besoins en chauffage
Soit D le total des déperditions.
Le total des apports est:
Les besoins en chauffage sont donc :
Le coefficient QUOTE est calculé par :
q étant le rapport entre les apports et les déperditions et QUOTE un paramètre dépendant de la constante du temps t caractérisant linertie thermique du bâtiment :
La classe du bâtiment indique sa classe dinertie QUOTE , qui caractérise laptitude du bâtiment à absorber et à restituer lénergie thermique :
La consommation pour les besoins de chauffage dépendra du rendement du système de chauffage.
Besoins en climatisation
Comme il est le cas pour les besoins de chauffage, les besoins en climatisation dun bâtiment sobtiennent par un bilan thermique :
Avec :
QT : apports par transmission ;
QV : apports par ventilation ;
QS : apports par ensoleillement ;
QI : apports intérieurs ;
QVN : déperditions par ventilation naturelle.
Conclusion
On associe souvent l'économie d'énergie à une baisse des prestations, par exemple à une diminution de confort. Il est vrai qu'en supprimant ou en diminuant le chauffage, l'éclairage ou la ventilation, on peut diminuer la consommation d'énergie d'un bâtiment. Ce n'est toutefois pas le but d'une conception énergétique correcte du bâtiment.
En effet, il est parfaitement possible de diminuer la consommation énergétique sans diminuer le confort, voire même en l'augmentant. Nous pouvons illustrer cette affirmation par quelques exemples:
Une installation de chauffage bien dimensionnée et bien réglée consomme moins tout en assurant exactement les mêmes prestations.
En assurant une bonne étanchéité à l'air de l'enveloppe, on évite les courants d'air et on contrôle mieux le taux de renouvellement.
Une régulation de température correcte, pièce par pièce, assure une meilleure stabilité de la température intérieure, diminue les surchauffes et permet de mieux utiliser les gains internes et solaires.
TYPOLOGIE DU BATIMENT AU MAROC
Introduction
Ce chapitre traite des différents types de bâtiment au Maroc, de point de vue structure et matériaux de construction de lenveloppe.
Le résidentiel
Les projets dhabitat et durbanisme présentés au Roi, depuis Son accession au Trône en 1999, couvrent toutes les régions du Maroc et ont pour objectif principal la résorption et la prévention de toute forme dhabitat insalubre - tant en milieu urbain que rural, la requalification des tissus urbains existants ainsi que laugmentation de loffre en matière de logement.
Le nombre de projets, lancés ou inaugurés par le Roi, a atteint 412 projets dont 347 initiés par les filiales du Holding dAménagement Al Omrane. Ces projets couvrant les 16 régions, sétalent sur une superficie de près de 28.000 hectares et dune consistance globale de près de 952.000 unités pour un investissement de 92 milliards de DH. 269 de ces projets (65%) ont été achevés.
Les bâtiments résidentiels au Maroc peuvent être scindés en deux catégories :
lhabitat économique ;
le standing.
Lhabitat économique
Les classes moyennes représentent 53% de la population totale du Maroc, avec un revenu variant entre 2800 DH et 6763 DH (source HCP). La charge de la dépense en logement est de lordre de 40%. La réduction de cette charge permettrait daméliorer les conditions de vie des ménages et produirait un impact positif sur léconomie nationale à moyen terme, puisque cette dépense (destinée au logement) sera injectée vers divers secteurs de consommation.
En 2008, le groupe Al Omrane sest engagé à la mise en chantier de 130.000 unités dhabitat à 140.000 DH durant la période 2008-2012. Au 30 octobre 2011, 45.000 unités ont été mises en chantier.
Ce type dhabitat, quon appelle « logement à faible valeur immobilière, sagit dunités dhabitation dont la superficie couverte est de 50 à 60 m², et dont la valeur immobilière totale nexcède pas 140.000 dirhams, taxe sur la valeur ajoutée comprise. Lobjectif vise à développer un nouveau produit adapté aux revenus des pauvres. Ainsi les ménages à revenu inférieur ou égal à 1,5 SMIG ou SMAG ont été ciblés.
Parallèlement à ce type de logement, un nouveau dispositif dencouragement du logement social à 250.000 DH a été mis en place. Ce type de produit social correspond à une unité dhabitation dont la superficie couverte est comprise entre 50 et 100 m² et le prix de cession nexcède pas 250.000 DH, hors taxe.
Au 1er novembre 2011, 489 conventions sont déposées dont 392 sont déjà visées correspondant à la réalisation de 775.788 unités sociales. 152.567 unités ont été autorisées et 110.980 unités sociales à 250.000 DH sont déjà mises en chantier.
Il sagit ici de constructions traditionnelles : système poteaux poutres et dalles avec hourdis.
Généralement, les éléments de structure sont fabriqués dans le chantier. Certaines entreprises de matériaux de construction proposent des éléments préfabriqués. Cette alternative est plus chère mais permet au constructeur de gagner du temps.
Murs extérieurs
Un mur extérieur type comporte les composantes suivantes (de lextérieur vers lintérieur) :
un enduit extérieur en mortier bâtard : ciment et sable;
des briques extérieures céramiques à 8 trous (10.5 cm dépaisseur) ;
de lair ;
des briques intérieures à 6 trous (7 ou 6.5 cm dépaisseur) ;
un enduit intérieur.
On peut aussi avoir un mur extérieur simple en agglomérés de granulats (plus connus sous le nom dagglo).
Certaines entreprises utilisent un enduit intérieur au plâtre, même si ce dernier est déconseillé car il se détériore au contact de leau.
Dalle sur terre plein
On utilise soit un dallage soit un radier, selon le type de fondations.
Pour le dallage, on commence par mettre lhérisson (appelé aussi blocage) qui est une couche de 20 cm dépaisseur, formée de pierres calcaires généralement. On peut également utiliser du tout-venant doueds ou de carrières. Pour éviter les remontées dhumidité par capillarité, on mettra du film polyane. Après, on coule une forme en béton de 12 cm dépaisseur légèrement armé : treillis soudé en fer doux ¦6 ou ¦7. On termine le dallage par une forme de revêtement en mortier de béton puis le revêtement proprement dit qui diffère selon le souhait du maître d ouvrage.
Lorsqu il s agit d un sol mauvais (de faible portance), on préfère un radier comme dalle sur terre plein. Cette solution permet de répartir les charges transmises par les poteaux sur tout le radier et par transition sur le sol. Pour cela, on coule une dalle en béton armé puis du béton de propreté avant de mettre le revêtement.
Toit
Pour le toit, on préfère généralement la solution plancher à poutrelles à celle de la dalle pleine. Ceci pour les raisons suivantes :
le plancher à hourdis est moins lourd ;
il est plus isolant thermiquement ;
sa mise en uvre est rapide ;
il demande moins de coffrage (grâce aux entrevous).
Les poutrelles (ou nervures) peuvent être en béton armé ou en béton précontraint, coulé sur place ou préfabriquées sur site ou en usine. Elles reposent elles-mêmes sur des poutres principales ou des voiles, et peuvent avoir des formes variées : rectangulaires, trapézoïdales, en I, en Té, en double paroi, etc.
Les dalles peuvent être préfabriquée en totalité ou en partie
Pour éviter les coffrages sur site et économiser sur les coûts et les délais, on utilise couramment des poutrelles préfabriquées en béton armé pour les faibles et moyennes portées, ou en béton précontraint pour les portées moyennes et grandes, associées à des pré-dalles soit de petite dimension et mises en place à la main ou bien plus grandes et posées à la grue.
Figure STYLEREF 1 \s 2 SEQ Figure \* ARABIC \s 1 1: Plancher à poutrelles
Quant à l étanchéité de la toiture, elle est assurée par :
une forme de pente ;
une chape de lissage (ciment lissé) ;
un système d étanchéité (traditionnellement : 2×36S+1×40) ;
une protection mécanique contre les chocs (dalots en béton de 4 cm dépaisseur ou des carreaux de ciment rouges) ;
Pour les toitures inclinées, les coupoles,
létanchéité est auto-assurée.
Les fenêtres
La quasi-totalité des vitres utilisées au Maroc sont simples, dépaisseur variant de 2.5 jusquà 12 mm.
Les épaisseurs les plus utilisées cependant restent 2.5, 4 et 6 mm. Pour les grandes baies vitrées, on peut atteindre 8, 10 ou même 12 mm.
La menuiserie des fenêtres peut être en bois, en aluminium ou en PVC.
Le standing
La structure ainsi que les matériaux de construction des bâtiments de standing ne diffèrent pas beaucoup de ceux de lhabitat économique. La principale différence réside en effet dans la qualité dexécution et de finition.
Une autre différence possible est celle de la hauteur sous plafond. Si elle est de 2.5 m pour léconomique, elle peut atteindre 4 m dans certains logements de haut standing.
Enfin, les bâtiments résidentiels de standing se distinguent par rapport à lhabitat économique par la qualité des installations sanitaires, la climatisation, etc. Dans certains cas, on utilise le liège pour augmenter lisolation thermique des toitures.
Le tertiaire
Au niveau de la structure, les bâtiments tertiaires sont plus exigeants que les bâtiments résidentiels.
En effet, les charges dexploitation dun plancher décole sont plus importantes que celles dun étage courant dun immeuble résidentiel, par exemple. Même chose pour les centres commerciaux, les administrations, les hôpitaux et les bâtiments publics en général.
Par ailleurs, le règlement parasismique marocain (RPS2000) attribue des classes de priorité sismiques différentes en fonction de la destination du bâtiment. Cest ainsi que les constructions destinées à des activités sociales et économiques vitales pour la population et qui devraient rester fonctionnelles, avec peu de dommage, pendant le séisme, se voient attribuer une classe « dimportance vitale ».
Cette classe comporte :
les constructions de première nécessité en cas de séisme tels que les hôpitaux, les établissements de protection civile, les grands réservoirs et châteaux deau, les centrales électriques et de télécommunication, les postes de police, les stations de pompage deau, etc. ;
les constructions publiques, tels que les établissements scolaires et universitaires, les bibliothèques, les salles de fêtes, les salles daudience, de spectacles et de sport, les grands lieux de culte, les établissements bancaires etc ;
Les constructions destinées à la production ou au stockage des produits à haut risque pour le public et lenvironnement.
On attribue à cette classe alors un coefficient de priorité qui entre dans le calcul de la force sismique latérale équivalente (approche statique équivalente). Ceci influence naturellement la conception ainsi que le dimensionnement de la structure.
Les matériaux de construction au Maroc
Le secteur des matériaux de construction est composé aujourdhui dun nombre important dunités de production et de façonnage couvrant la plupart des produits de base -« grands matériaux »- et ceux de finition ou de technique. Parallèlement à une production importante et variée, sajoute une importation très diversifiée et compétitive faisant du secteur lun des vecteurs de développement économique du pays :
pour le gros uvre : ciment, matériaux de construction en terre cuite, produits préfabriqués à base de ciment, béton prêt à lemploi (BPE) et fer à béton ;
pour le second uvre : un nombre considérable de produits sont soit fabriqués, soit importés, la qualité restant le facteur préoccupant (appareillage sanitaire et électrique, chauffage, menuiserie, quincaillerie, revêtement).
Cependant, le pays reste ouvert à toutes les gammes de produits sans système de protection, laissant ainsi place à une forme danarchie basée sur une compétitivité agressive au détriment de la notion de qualité.
Par ailleurs, les sociétés productrices de matériaux de construction restent localisées essentiellement entre Casablanca et Rabat. Les autres régions interviennent également mais dans une moindre mesure, sauf les centres de relais tels que Agadir, Fès et Tanger.
Mais, dans lensemble, les unités de production et de distribution des matériaux de construction couvrent la plus grande partie du territoire national, avec une relative concentration dans les grandes agglomérations urbaines.
Les importants programmes de logements sociaux et les chantiers des infrastructures portuaires, autoroutes et autres, sont à la base aujourdhui dun essor économique remarquable qui a stimulé la production et limportation de matériaux de construction diversifiés selon les besoins exprimés, tant au niveau national que régional et local.
En définitive, il est à relever que le secteur des matériaux de construction est de plus en plus développé au Maroc :
la majorité des matériaux de construction est produite localement, à lexception des ciments spéciaux, du bois (en grande partie) et du verre ;
les matériaux de gros uvre sont relativement abondants sur le plan national et régional et connaissent une forte concurrence, parfois entachée de contrefaçon ;
les matériaux de second uvre, en partie produits localement, subissent une forte concurrence par rapport aux produits importés dEurope et, depuis quelque temps, des pays asiatiques souvent à des prix défiant toute concurrence et en labsence de référentiel de qualité.
Dans ce qui suit, on va décrire les matériaux de construction utilisés au Maroc par corps détat.
Gros uvre
Les matériaux mis en uvre ici assurent la solidité, la pérennité et la stabilité de louvrage. Ceci comprend la structure (les poteaux, les poutres, les dalles), les murs, les enduits extérieurs et intérieurs et toutes les prestations diverses liées au gros uvre.
Dans ce corps de métier, interviennent principalement les matériaux suivants : le ciment, lacier, le sable, les graviers et toutes sortes dagrégats, la brique en terre cuite, les produits céramiques et autres composantes de ces matières premières tels que les agglomérés, les buses, les hourdis, etc.
Etanchéité
Il sagit de lensemble des produits qui permettent de rendre un bâtiment imperméable à leau et à lhumidité. Ce corps de métier fait intervenir principalement les matériaux suivants : le bitume, le goudron et les feutres cartonnés de différentes qualités et caractéristiques (granu-minérale, aluminium, cuivre, etc.), et les enduits dapplication à froid ou à chaud.
Revêtement
Cest lensemble des produits et articles qui assurent le traitement des supports horizontaux et verticaux :
revêtement horizontal (de sol) : granitos, carreaux en gré, en ciment, marbres, parquet en bois, plastique (élastomère), etc ;
Revêtement vertical (de mur) : carreau de faïence, de gré, composé minéral ;
Le plâtre peut être conçu parmi les revêtements dans le cas de faux plafonds.
Menuiserie
Il sagit de lensemble des articles réalisés pour permettre les ouvertures et les fermetures de toutes les parties du bâtiment. La menuiserie est confectionnée généralement en bois, en aluminium et en métal :
aluminium : il suit des prescriptions de réalisation des profilés extrudés de dimensions différentes en fonction des ouvertures. Elles sont variables selon les types de fenêtres : coulissantes, ouvrantes à la française, basculantes, pivotantes, fixes, etc. ;
le bois : les bois généralement utilisés sont le sapin blanc et le sapin rouge, mais on peut trouver aussi les bois résineux, les bois feuillus et les bois exotiques.
la menuiserie métallique : elle est réalisée pratiquement de la même manière que pour la menuiserie aluminium, sauf quelle a comme matière première le métal sous forme de profilé dencadrement et douvrant métallique et de la ferronnerie sous forme de grilles de protection. Son traitement est nécessaire pour éviter toutes formes de désordre et de corrosion.
Plomberie sanitaire
Il sagit des articles qui permettent lalimentation, la distribution et lévacuation des eaux usées du logement. On y trouve notamment:
les canalisations dalimentation en eau potable, dévacuation des eaux usées : tubes en fer galvanisé, en PVC, en fonte, en cuivre, etc. ;
les appareils sanitaires : lavabo, vasque, bidet, baignoire, W.C., évier, bac à laver, urinoir, etc. ;
Robinetterie : robinet simple, mélangeur, mitigeur, etc.
Electricité
Cest lensemble des produits et articles qui permettent dassurer léclairage nécessaire dans un bâtiment. Linstallation électrique suit un certain nombre de règles et de normes.
Lélectricité est constituée de trois grands volets :
le tubage iso-ronge : généralement les sections diffèrent en fonction de sa capacité et de son emploi ;
la filerie : également de sections différentes en fonction de lintensité du courant électrique porté ;
lappareillage : divers et multiple, sa production au Maroc est de plus en plus assurée grâce aux efforts soutenus des fabricants marocains.
Peinture
Cest le mode de traitement des supports intérieurs et extérieurs de la construction. Elle utilise trois familles de produits correspondant à des prestations différentes et complémentaires dans la construction :
enduit tout prêt, premier traitement des supports à létat brut ;
peinture vinylique et mat essence;
peinture laquée ou glycérophtalique, pour le traitement en général des supports verticaux des pièces humides du logement.
Vitrerie
Elle sassocie parfois dans le corps détat peinture, mais son origine est différente. La vitrerie est une technique particulière de coulage du verre de natures et qualités variées. Elle est en quasi-totalité importée. Au Maroc, il existe principalement des importateurs, des grossistes qui découpent le verre en fonction de sa taille, sa nature et son épaisseur. Il existe sur le marché une gamme de verres très variée.
Isolation
Aujourdhui les matériaux disolation sont rarement utilisés dans la construction au Maroc. Un aperçu sur ces matériaux qui sont dune grande importance pour loptimisation énergétique de lenveloppe est donné dans le sous-chapitre suivant.
Les systèmes et les matériaux disolation
Systèmes disolation
Les systèmes disolation sont de trois types : isolation extérieure, isolation intérieure et isolation du noyau.
Lisolation extérieure
Lisolation extérieure dune paroi peut être un isolant thermique collé et/ou chevillé ; des enduits ou des mastics à armature ou encore un enduit minéral ou un mastique en plastique.
Aussi, on peut citer lisolation thermique transparente (translucide) (ITT), obtenue grâce à une structure rayonnante ou capillaire et dun absorbeur. Elle protège contre la surchauffe en été tout en assurant de lombrage. Un autre système transparent, le SAT (Système dAssemblage Transparent), peut être obtenu grâce à un enduit en verre et une base denduits transparents. Il nassure pas lombrage mais est réfléchissant.
Finalement, on peut citer lenduit isolant ainsi que les peintures isolantes.
Lisolation intérieure
Ce type disolation sapplique aux bâtiments classés. Inaccessible, il présente linconvénient de la condensation de la vapeur deau. De plus, il ne prend pas en compte la masse thermique du bâtiment.
Lisolation du noyau
Dans ce type disolation, le parement influence le coefficient U et la masse thermique est en partie retenue. Par contre, il supprime la ventilation arrière et pose le problème de lhumidité
Matériaux disolation
Classification et caractéristiques
On peut classifier les matériaux disolation thermique en :
matériaux organiques ;
matériaux anorganiques.
Dautres classifications existent selon différents critères : conductivité thermique » [W/mK], densité brute  [kg/m³], résistance à la diffusion de la vapeur d eau ¼, et inflammabilité (combustible ou non).
Matériaux organiques
Il s agit du chanvre, le lin, les fibres de bois, les fibres de coco, le liège, la laine de mouton, la cellulose, la perlite et les plaques en silicate de calcium.
Matériaux non organiques
Il sagit du polystyrène (EPS, XPS), le polyuréthane, le verre cellulaire et la laine minérale.
Le tableau suivant dresse une comparaison entre les caractéristiques de ces deux types de matériaux disolation.
Tableau STYLEREF 1 \s 2 SEQ Tableau \* ARABIC \s 1 1: COMPARATIF MATERIAUX D ISOLATION ORGANIQUES - NON ORGANIQUES
Matériaux organiquesMatériaux anorganiquesProtection contre la chaleur en étéTrès bonne.Peu de protection.Protection contre l humiditéPossible, sans effet secondaire sur les qualités isolantes. Le XPS et le verre cellulaire sont résistants à lhumidité, la laine minérale et lEPS y sont sensibles (baisse de leffet isolant).Etanchéité à la vapeur deauNe nécessitent pas décrans pare-vapeur transparents. Des plaques de construction en plâtre ou en bois sont suffisantes.Etanches.DiffusionTrès ouverts à la diffusion.Etanches.ProductionProduction et maniement faciles, ne présentent pas de risques pour la santé.
Les matières plastiques sont des produits à base de pétrole, les fibres minérales sont des produits à base de verre et de pierre. Restent très coûteux et très consommateurs en énergie.Effet isolantEffet isolant restreint; la conductivité thermique de ces isolants est denviron 0,04-0,07 W/m.K.Très bons isolants ; » environ 0,02-0,04 W/m.K.Dans la figure qui suit, on donne les épaisseurs requises de certains matériaux (organiques et non organiques) pour obtenir un effet isolant identique ( QUOTE )
EMBED Excel.Chart.8 \s
Figure STYLEREF 1 \s 2 SEQ Figure \* ARABIC \s 1 2: Epaisseurs équivalentes de quelques matériaux
Choix de lisolant
Le choix du ou des matériaux isolants dépend du niveau disolation souhaité, du coût de lisolant, de sa disponibilité sur le marché,
.
Selon la destination de la construction, dautres facteurs peuvent entrer en jeu comme lisolation pare-feu ou le comportement face à lhumidité.
Finalement, on doit tenir compte de linstallation de lisolant.
Exemples types
On détaillera ici quelques exemples types de systèmes et de matériaux disolation répandus en Europe par éléments de lenveloppe.
Murs
On utilise souvent le système disolation thermique assemblé, qui est une association directe de la bâtisse à lisolation (moyennant de la colle), sur laquelle on pose un tissu au crépi, ensuite la couche extérieure.
La durabilité est limitée à cause des nombreuses couches et le risque des défauts de construction au cours du traitement est élevé. Selon le matériau utilisé, le mur nest pas ouvert à la diffusion vers lextérieur. Aussi le recyclage est actuellement impossible et lélimination est très onéreuse. Quelques années peuvent suffire pour quapparaissent fissures, moisissures et écaillage.
Ayant une durée dutilisation de 30 à 40 ans environ, ce système reste la variante la moins chère lorsque lisolation est réalisée dans un bâtiment existant.
Toit
Si le toit est incliné (inclinaison à partir de 20°environ), On peut isoler le chevron intermédiaire, le chevron extérieur ou le chevron intérieur. On peut combiner les matériaux isolants pour optimiser lisolation.
Lorsque le toit est plat (inclinaison de 3 à 10°), lisolant est généralement posé sur la construction portante au dessous des joints, ce qui rend ce type disolation problématique et difficile au niveau de la maintenance (toiture chaude). Si la toiture est à double parois (toiture froide), il y a un espace intermédiaire ventilé entre lisolation et le joint (très ouvert à la diffusion).
Planchers
Trois possibilités disolation du plancher existent :
lisolation au-dessous du bâti, on évite ainsi les ponts thermiques ;
lisolation du bâti au-dessous de la chape de ciment ;
lisolation par en dessous des planchers donnant sur des étages inférieurs non chauffés.
Fenêtres
Les fenêtres sont classées selon le vitrage:
Simple vitrage : très mauvaise qualité isolante.
Double vitrage : bonne qualité isolante (standard).
Triple vitrage : très bonne qualité énergétique.
Vitrages spéciaux divers : isolation phonique, solaire, pare-feu,
.
Sources derreurs et défauts de construction typiques
Lorsque lisolation est incomplète, des ponts thermiques sont créés et les surfaces intérieures deviennent froides. Il en résulte des déperditions thermiques et le risque de condensation deau à lintérieur.
Les matériaux isolants ont généralement des capacités limitées en matière de résistance aux contraintes mécaniques. Les ponts thermiques à contraintes constructives ont lieu lorsque le principe de la continuité de la couche isolante n'a pas été respecté, ou n'a pu l'être dans certains cas, à certains endroits.
Il s'agit par exemple d'ancrages ou d'appuis entre éléments situés de part et d'autre de la couche isolante de la paroi. L'isolant étant localement absent, le flux de chaleur est sensiblement plus dense dans ces parties de la paroi.
Figure STYLEREF 1 \s 2 SEQ Figure \* ARABIC \s 1 3: Discontinuité de la couche isolante
Quant aux ponts thermiques dûs à des contraintes géométriques, ils résultent de la forme de l'enveloppe. A certains endroits, la surface de la face extérieure est beaucoup plus grande que la surface de la face intérieure. La surface chauffée (intérieure) est plus petite que la surface de refroidissement (extérieure).
Figure STYLEREF 1 \s 2 SEQ Figure \* ARABIC \s 1 4: Pont thermique géométrique
Les ponts thermiques matériels (dus aux matériaux utilisés) surgissent quand des matériaux de construction divers sont posés à lhorizontal par rapport à la direction du flux thermique. Des exemples sont des poutres en acier encastrés; des sommiers en béton dans un mur en briques.
Les ponts thermiques convectifs résultent dune construction non étanche ou des raccords / liaisons non étanches dans la construction.
Le dessin ci-dessous montre deux exemples de ponts thermiques courants:
contact plancher-mur (rives de plancher) ;
contact mur de refend-façade.
On peut aussi effectuer un mauvais choix/traitement du matériau disolation.
Et si les raccords entre les écrans pare-vapeur sont mal collés, on crée des fuites causant ainsi des déperditions thermiques et des dégâts dus à lhumidité.
La non-étanchéité des joints ou la présence de fuites causent des déperditions de chaleur énormes.
Finalement, il faut penser au coût de la maintenance dans le cas de conditions météorologiques extrêmes ou de défauts de traitement.
Conclusion
Dans le cadre de la stratégie énergétique nationale adoptée en 2009, qui vise essentiellement une économie de lénergie globale de 12% à lhorizon 2020, plusieurs actions ont été initiées afin dintégrer progressivement les techniques de lefficacité énergétique dans les secteurs de laménagement urbain et de lhabitat, principalement à travers :
le Projet du guide des bonnes pratiques de lefficacité énergétique et des énergies renouvelables dans laménagement urbain et lhabitat;
la mise en place du Contrat Programme (Etat - Opérateurs Immobiliers), en partenariat avec le Ministère de lIntérieur, le Ministère de lEconomie et des finances, le ministère de lénergie, des mines, de leau et de lenvironnement et la fédération nationale des promoteurs immobiliers visant la production dun habitat à faible consommation énergétique;
linitiation, en partenariat avec le ministère de lénergie, des mines, de leau et de lenvironnement et le holding daménagement Al Omrane, de létude dimpact énergétique pour la ville nouvelle Lakhyayta en tant que cas pilote en la matière.
En dépit de ces initiatives, le secteur du bâtiment au Maroc sintéresse peu à lefficacité énergétique, surtout en labsence dune réglementation.
Dun côté, les architectes négligent souvent limpact de certains choix architecturaux sur la facture énergétique du bâtiment. Cest le cas par exemple des grandes façades vitrées pour les immeubles à usage de bureaux et qui nécessitent beaucoup de climatisation pendant la saison chaude.
De lautre côté, lindustrie des matériaux isolants est peu développée au Maroc, du fait de la faible demande du marché.
La réglementation thermique est alors une solution de mise pour améliorer lefficacité énergétique du bâtiment.
LA REGLEMENTATION THERMIQUE DANS LE BATIMENT
Dans cette partie, nous allons parler de quelques réglementations en vigueur dans certains pays. Les avis concernant les différentes réglementations sont inspirés dune étude et analyse comparative de Johansson E., de luniversité de Lund en Suède.
Introduction
La réglementation thermique est un ensemble de lois visant à la maîtrise de lénergie dans le bâtiment, ceci pour assurer le confort des occupants du bâtiment, réduire les émissions de polluants locaux et globaux et diminuer les charges dexploitation des locaux (notamment le chauffage).
La réglementation thermique présente donc des enjeux économiques-pour réduire la facture énergétique, des enjeux environnementaux-pour réduire l'effet de serre dans le cadre des accords de Rio et du protocole de Kyoto et des enjeux sociaux-pour assurer un meilleur confort des personnes.
Les économies d'énergie ont pour objectif une stabilisation du niveau des émissions de CO2 à celui de 1990 à l'horizon 2008-2012.
La réglementation thermique donne un seuil réglementaire de performance pour lhabitation, lieu de travail ou lieu de vie. Ce seuil tient compte de nombreux paramètres dont l'isolation bien entendu, l'ensoleillement, la ventilation, les équipements et système de chauffage, et de leur finesse de régulation et de programmation.
Finalement, la réglementation thermique peut aussi comprendre un ensemble de règles obligatoires à observer lors de la construction des bâtiments afin de réduire leur consommation d'énergie tout en assurant le confort des utilisateurs.
Cest donc le moyen le plus efficace pour réduire la consommation énergétique des bâtiments.
Dans les pays avancés, notamment lEurope et les Etats-Unis, la longue expérience avec les réglementations thermiques a permis datteindre des niveaux defficacité intéressants.
En Europe, la réglementation thermique est obligatoire pour les bâtiments neufs dans plus de 80% des pays. La moitié des pays européens procèdent, en outre, à une révision régulière de la réglementation. Tous ont déjà introduit, par ailleurs, les certificats énergétiques (labels) des bâtiments neufs, et on entreprit des mesures pour les bâtiments existants.
Plus encore, la réglementation thermique y trace des lignes directives pour lindustrie.
Dans le pourtour méditerranéen, tous les pays ont déjà fait ou commencent à mettre en place une réglementation thermique pour les bâtiments.
Face à laugmentation de la demande sur lénergie, lefficacité énergétique du bâtiment savère être un moyen efficace pour renforcer la sécurité énergétique et par conséquent la stabilité économique.
Historiquement, le premier facteur ayant favorisé le développement de réglementations thermiques fut le choc du pétrole et laugmentation de la facture énergétique qui en découla. On a commencé alors par limiter la puissance du chauffage en régulant lenveloppe du bâtiment, à travers les coefficients U des différentes parties du bâtiment. Cette conception, bien que facile à appliquer, nappréhende le bâtiment dans sa globalité, mais y régule chaque élément.
Les nouvelles réglementations tendent actuellement vers une approche globale, où laction y est mise sur la consommation dénergie et lémission des gaz à effet de serre. En approchant à la fois lenveloppe, léclairage, le chauffage, la climatisation, lECS, les énergies renouvelables, ces réglementations risquent dêtre difficiles à appliquer.
On peut alors résumer les enjeux dune réglementation thermique ainsi :
maitriser le cout global : investissement global (construction, équipements) + charges financières dexploitation ;
adopter une approche performentielle ;
améliorer le confort :
en hiver, limiter les infiltrations et les parois froides ;
en été, assurer une ambiance supportable pour les bâtiments non climatisés et réduire les charges de climatisation pour les bâtiments climatisées.
Les outils de la réglementation thermique
La conception de la réglementation thermique repose sur une modélisation précise des phénomènes physiques pris en compte, et dont les algorithmes sont annexés à larrêté de publication de ladite réglementation. Aussi a-t-elle besoin doutils pour faciliter sa mise en place.
Les modèles informatiques permettent, dans ce cadre, d'évaluer le confort thermique des bâtiments dans certaines conditions extérieures. Ces logiciels peuvent intéresser aussi bien les architectes lors de la conception du bâtiment (choix de l'orientation, des surfaces vitrées, des protections solaires) que les bureaux d'études lors de la conception du système de chauffage ou de climatisation.
La modélisation est un instrument incontournable. Elle répond au besoin incessant daméliorer les connaissances tout en étant un vecteur efficace de transfert de connaissances vers le milieu professionnel. Létude des transferts de chaleur et de masse dans les bâtiments remonte maintenant presque à un siècle, les modèles élaborés sétant complexifiés et raffinés au fil des décennies.
A partir des années 70, de nombreux logiciels de simulation thermique du bâtiment ont vu le jour. Au fil des années, les architectures monolithiques qui ont caractérisé les premiers développements ont laissé la place à des approches bien plus flexibles et modulaires : la description du problème, lidentification de phénomènes et de leurs liens, laffectation de modèles, la résolution et lanalyse deviennent des mondes distincts. Ces évolutions se sont fortement inspirées de concepts empruntés à la systémique et à linformatique (ex. objets, hiérarchie, héritage, etc.) et elles ont été accompagnées de plusieurs efforts de définition de sémantiques de modélisation transverses. Cependant, les besoins de la recherche et dun métier qui exige des approches dévaluation de plus en plus globales et transverses nont pas été encore comblés. Aujourdhui, les développements sont marqués par la notion dinteropérabilité et par lapparition de plate formes numériques regroupant des codes dédiés (thermique, acoustique, éclairage,
etc.) capables de partager des informations, de dialoguer entre eux et dapporter des solutions de conception plus globales.
Le premier pas vers la modélisation consiste à décrire lobjet détude. Pour le bâtiment, ceci se traduit par une description géométrique de ses éléments constitutifs, de leurs propriétés et de leurs relations. Il sagit dune tâche lourde, coûteuse en temps, et qui est souvent accomplie à lintérieur des environnements de modélisation et de simulation en prenant comme point de départ les informations contenues dans des plans ou des fichiers de plans.
La réglementation française
Historique
Les premières normes françaises pour ce qui est de lisolation thermique et le chauffage des logements se trouvent rassemblées dans le «Règlement thermique 1988 des logements neufs» qui comprend entre autre lArrêté du 5 avril 1988. Entré en vigueur en 1989, ce document règle la consommation dénergie et linstallation des équipements de chauffage dans un logement. Cet arrêté est complété par un certain nombre de règles de calcul décrivant en détails la manière de calculer les différents paramètres.
La consommation dénergie relative au chauffage des nouvelles habitations était en 1988 inférieures de 42% par rapport à la consommation moyenne en registrée en 1974. Ce qui caractérise les normes françaises est que de puis 1974, aucune exigence na été formulée concernant la transmission thermique (coefficient U) des parois, les normes se concentrant sur les performances thermiques de lensemble du bâtiment. Les normes indiquant des débits dair maximum et minimum permettent entre autre de compenser une perméabilité trop importante en prévoyant une isolation et vice versa. Et, dans le cas où lon ne désire pas effectuer des calculs trop compliqués, on peut toujours utiliser des solutions type approuvées.
Les exigences disolation thermique sont plus sévères pour les habitations utilisant le chauffage électrique comparées à celles utilisant un autre type de chauffage.
En 2000, les normes françaises sont revues et une nouvelle réglementation -RT 2000- est adoptée et appliquée à partir de juin 2001. La RT 2000 a permis le passage dune approche française à une approche européenne et sappuie largement sur des méthodes de calcul et des caractéristiques définies dans les normes européennes.
Quatre années après, un nouveau renforcement des exigences au niveau de la performance énergétique des bâtiments, la prise en compte de la climatisation et de l'éclairage ainsi qu'un franc coup de pouce donné à la conception bioclimatique et aux énergies renouvelables font aboutir à la nouvelle réglementation thermique : la RT 2005.
La RT 2005 se fixe comme principaux objectifs une amélioration de la performance énergétique des bâtiments neufs d'au moins 15 % et la limitation du recours à la climatisation. Mais ce n'est qu'une étape intermédiaire car le but à ne pas perdre de vue est une diminution de 40 % de la consommation énergétique des bâtiments en 2020.
La RT2012
La Réglementation Thermique 2012 (RT2012) a pour objectif, tout comme les précédentes réglementations thermiques, de limiter les consommations énergétiques des bâtiments neufs quils soient pour de lhabitation (résidentiel) ou pour tout autre usage (tertiaire). Lobjectif de cette Réglementation Thermique est défini par la loi sur la mise en uvre du Grenelle de lEnvironnement. Cet objectif reprend le niveau de performance énergétique défini par le label BBC-Effinergie.
La réglementation thermique en vigueur sera, par conséquent, renforcée afin que toutes les constructions neuves présentent, en moyenne, une consommation dénergie primaire (avant transformation et transport) inférieure à 50 kWh/m²/an contre 150 kWh/m²/an environ avec la RT2005.
Globalement, la RT2012 sappuie sur cinq grands principes :
Les exigences à respecter seront de deux types : des exigences de performances globales (consommation dénergie et confort dété) et des exigences minimales.
On retient cinq usages énergétiques : chauffage, climatisation, production deau chaude sanitaire, éclairage et auxiliaires (ventilation, pompes,
).
Les exigences de performance énergétique globales seront uniquement exprimées en valeur absolue de consommation pour plus de clarté : niveau moyen très performant exigé, à 50 kWh/m²/an (et non plus en valeur relative par rapport à une consommation de référence recalculée en fonction du projet).
On a introduit une exigence defficacité énergétique minimale du bâti pour le chauffage, le refroidissement et léclairage artificiel. Cette exigence prendra en compte lisolation thermique et permettra de promouvoir la conception bioclimatique du bâtiment.
On a introduit, finalement, de nouvelles exigences minimales traduisant des volontés publiques fortes : obligation de recours aux énergies renouvelables, obligation de traitement des ponts thermiques (fuites de chaleur), obligation de traitement de la perméabilité à lair des logements neufs, etc.
Ces changements et les exigences plus élevées qu'imposera la réglementation thermique 2012 de manière générale contribueront à l'atteinte des objectifs du Grenelle de l'environnement.
Techniquement parlant, la RT2012 repose sur trois coefficients:
Figure STYLEREF 1 \s 3 SEQ Figure \* ARABIC \s 1 1: Coefficients de la RT2012
Ces coefficients seront calculés grâce aux outils de calculs informatiques qui seront fournis par le CSTB et qui sont en cours d élaboration (janvier 2012).
Afin d être conforme à la future RT 2012, un bâtiment neuf devra respecter ces trois exigences globales :
Figure STYLEREF 1 \s 3 SEQ Figure \* ARABIC \s 1 2: Coefficients limites de la RT2012
En plus de ces exigences globales, la RT2012 fixe certaines exigences « de moyen » :
Recours aux énergies renouvelables en maison individuelle ;
Traitement des ponts thermiques ;
Traitement de létanchéité à lair (test de la porte soufflante) ;
Surface minimale de baies vitrées (1/6 de la surface des murs) ;
Mesure ou estimation des consommations dénergie par usage ;
Prise en compte de la production locale délectricité en habitation (Cepmax + 12 kWhEP/m²/an).
La réglementation algérienne
En Algérie, la réglementation thermique de 1997 des bâtiments à usage d'habitation a été conçue pour réduire la consommation de chauffage de l'ordre de 25%. Une réflexion a été engagée ensuite pour porter ce niveau d'économie à plus de 40%. Pour ce faire, des simulations numériques ont été menées sur des logements types. Il a ressorti alors de l'étude qu'en agissant sur la seule limitation des déperditions thermiques par transmission, il est possible d'atteindre ce nouvel objectif tout en réduisant substantiellement la charge de climatisation d'été. Une nouvelle réglementation thermique pourrait s'articuler autour des deux principes suivants : réserver la réglementation de 1997 à l'habitat individuel, et définir de nouveaux coefficients réglementaires plus contraignants pour l'habitat en immeuble collectif.
Sous le titre de Réglementation thermique des bâtiments dhabitation : DTR C 32, les règles de calcul des déperditions calorifiques définissent les performances thermiques minima mais comprennent aussi des conventions de calcul ainsi que des conventions de calcul pour le dimensionnement des installations de chauffage. La réglementation algérienne sinspire en grande partie de la réglementation française, par contre les méthodes de calcul utilisées sont plus simples, elle autorise, tout du moins dans certaines limites, le calcul informatisé des besoins de chauffage. Ceci est un point positif puisque cela permet de profiter de linertie thermique dun bâtiment ; un facteur très important étant donné le type de climat et de constructions existantes diffère en Algérie.
Une réglementation prenant en compte le confort thermique est prise en considération surtout durant les périodes chaudes. Une telle réglementation est dune importance capitale étant donné le problème du confort en période dété et de la consommation dénergie due à la climatisation utilisée dans de nombreuses régions dAlgérie.
La réglementation libanaise
Le Liban ne possède pas aujourdhui de réglementation thermique mais a réalisé une étude proposant la mise en place dune réglementation concernant lisolation thermique en période dhiver et le confort intérieur en période dété. La proposition, comme celle de lAlgérie, utilise le modèle français dune manière plus simplifiée.
La proposition prévoit une norme ayant trait au confort thermique et va dans le sens dune climatisation passive complétée par une ventilation naturelle. Dans ce contexte, létude prévoit des exigences de protection solaire aussi bien pour les baies que pour les parois opaques. En outre, létude indique des exigences sur linertie thermique en terme général, moyenne et forte, mais navance aucun chiffre.
La réglementation américaine
La réglementation nationale de maîtrise de lénergie dans les bâtiments, «IECC, International Energy Conservation Code » porte principalement sur les performances. Lobjectif de la réglementation thermique américaine est de réglementer la conception de lenveloppe des bâtiments afin que ceux-ci disposent dune résistance thermique suffisante et dune faible perméabilité à lair. La réglementation étudiée ne donne aucune norme spécifique ayant trait au confort thermique, celui-ci est traité dans dautres normes. Le confort intérieur et le confort hygrométrique sont traités en détail dans (ASHRAE 1997).
La réglementation américaine de la maîtrise de lénergie permet le calcul des performances thermiques à laide de logiciel avancé. Cette méthode permet de concevoir un bâtiment dune manière optimale. Les normes autorisent également lutilisation de calculs simplifiés pour ce qui est des exigences maximales de la transmission surfacique des différentes parois ainsi que des solutions de type standard.
La norme prend en compte les climats dhiver et dété, et en régions chaudes, les normes disolation thermique ne sont pas aussi exigeantes mais spécifient lutilisation de protection solaire des baies. Par contre, elle ne prévoit pas de protection solaire des façades.
Indépendamment des méthodes spécifiées, les calculs autorisés prennent en compte linertie thermique des murs extérieurs. Les calculs informatisés autorisent lutilisation du chauffage passif provenant de lénergie solaire ainsi que du refroidissement réalisé par une ventilation nocturne.
La réglementation suédoise
La norme suédoise de construction, BBR 94, (BBR, 2005) est une norme dictant les performances du bâtiment. Différents manuels complètent BBR 94, entre autres un manuel sur lisolation thermique. La BBR nindique aucune exigence disolation de chaque paroi mais spécifie une isolation thermique moyenne pour lensemble du bâtiment. Cette norme laisse donc aux ingénieurs et aux architectes une grande liberté dans la conception des bâtiments.
Les valeurs de conductivité thermique utile et de transmission surfacique font lobjet de calculs très précis et les apports de chaleur provenant de linsolation sont pris en compte. Cependant, la capacité thermique et les apports internes des appareils et des utilisateurs ne sont pas pris en considération.
La réglementation britannique
Lensemble des règles contrôlant la construction en Grande-Bretagne se trouve rassemblé dans « Building Regulations ». Cette réglementation nationale remplace les arrêtés municipaux en vigueur jusquen 1984. La dernière réglementation date de 1991, modifiée en 1994.
La réglementation ne considère que la période dhiver. De la même manière que les normes française et américaine, elle permet de choisir différents niveaux de calcul allant de la performance thermique de lensemble du bâtiment à des solutions standard. Les calculs les plus avancés prennent en compte les apports internes et les apports solaires. Par contre, les calculs ne prennent pas en compte linertie thermique.
De même quen France, la Grande-Bretagne autorise une moins bonne performance thermique dans le cas où les habitations utilisent une source dénergie autre que celle provenant de lélectricité.
Autres réglementations
En juillet 2008, la réglementation thermique est obligatoire dans les bureaux en Tunisie, et un label de performance thermique est mis en place. En juin 2009, la réglementation sétend au résidentiel. Un logiciel dapplication pratique existe déjà (CLIP).
Quant à lEgypte, elle adopte en 1998 une norme disolation thermique obligatoire, mais ne voit pas son implémentation. En 2003, un code EE pour le résidentiel devient obligatoire mais est difficile à appliquer. En 2005 apparait une réglementation pour le tertiaire.
Le projet de réglementation marocaine
Introduction
Lobjectif annoncé par le Gouvernement Marocain est de réaliser une économie dénergie primaire denviron 12% à 15% à lhorizon 2020 à travers la mise en place dun plan defficacité énergétique dans les différents secteurs économiques.
Parmi ces secteurs, le bâtiment est le premier consommateur dénergie avec une part de 36% de la consommation énergétique totale du pays, dont 29% réservée au résidentiel et le reste pour le tertiaire. Cette consommation énergétique est appelée à augmenter rapidement dans les années futures pour deux raisons :
lévolution importante du parc de bâtiments à cause des grands programmes annoncés : Plan Azur de lhôtellerie, programme durgence de léducation nationale, programme des 150 000 logements par an, programme de réhabilitation des hôpitaux, etc. ;
laugmentation sensible du taux déquipement des ménages en appareils électroménagers du fait de lamélioration du niveau de vie et la baisse des prix de ces équipements (chauffage, climatisation, chauffage de leau, réfrigération, etc.).
EMBED Excel.Chart.8 \s
Figure STYLEREF 1 \s 3 SEQ Figure \* ARABIC \s 1 3: Structure de la consommation par secteur
En termes d économie d énergie, le programme d efficacité énergétique dans le secteur du bâtiment au Maroc prévoit une économie d énergie finale d environ 1,22 Mtep à l horizon 2020.
Si beaucoup de pays dans le pourtour sud-méditerranéen ont mis en place une réglementation, le niveau dopérationnalité de ces mesures dans la réalité diffère toutefois sensiblement dun pays à un autre. Les deux pays ou la réglementation thermique est relativement bien appliquée sont la Turquie et la Tunisie. En effet, dans ces deux pays, la réglementation a été élaborée selon un processus global basé sur une large concertation avec lensemble des parties prenantes, et a été associée à des programmes daccompagnement et de renforcement des capacités des concepteurs, des opérateurs et des fournisseurs des matériaux disolation.
Approche délaboration
La Réglementation Thermique des Bâtiments au Maroc (RTBM) vise essentiellement à améliorer les performances thermiques :
Réduire les besoins de chauffage et de climatisations des bâtiments ;
Améliorer le confort des bâtiments non climatisés ;
Réduire la puissance des équipements de chauffage et de climatisation à installer ;
Inciter les architectes, ingénieurs et maîtres duvre à lutilisation des approches de conception thermique performante de lenveloppe du bâtiment ;
Mettre à la disposition des maîtres douvrage, décideurs publics et bailleurs de fonds, un outil permettant daméliorer la productivité de leurs investissements ;
Aider à la réalisation de diagnostics énergétiques des bâtiments existants.
Le projet de réglementation thermique concerne par ailleurs, et dans une première phase, uniquement lenveloppe des bâtiments et couvre à la fois le secteur de lhabitat et les bâtiments tertiaires.
Dans lhabitat, la réglementation couvrira, apriori, toutes les catégories socio-économiques des bâtiments, à savoir :
lhabitat économique ;
le standing.
Pour les bâtiments tertiaires, quatre segments sont particulièrement couverts à savoir :
les hôtels ;
les bâtiments administratifs (bureaux) ;
les bâtiments déducation et denseignement supérieur ;
les hôpitaux.
Il est à noter aussi que la réglementation marocaine donne la priorité à lurbain. La dynamique démographique au Maroc est caractérisée par une forte urbanisation, due à la croissance intrinsèque de la population urbaine, lexode rural et le changement de statut de certaines localités vers des communes urbaines. En effet, le taux durbanisation est passé de 29,1% en 1960 à 51,4% en 1994, à 55,1% en 2004 et enfin à probablement plus de 60% actuellement.
Lenchainement logique du processus délaboration de la RTBM sest effectué en six grandes phases :
la préparation des données et hypothèses de base ;
le zonage climatique ;
les simulations thermiques et danalyse paramétrique ;
lévaluation des impacts socio-économiques de la règlementation thermique ;
la concertation politique avec les institutions en charge des secteurs cibles ;
La mise en place de la règlementation thermique.
Le zonage climatique
Les travaux de zonage climatique ont été réalisés en étroite coordination entre la DMN et lADEREE, avec lappui dune expertise internationale.
Le territoire Marocain a été subdivisé en zones climatiques homogènes en se basant sur lanalyse des données climatiques enregistrées par 37 stations météorologiques sur la période de 1999-2008 (10 ans). La construction des zones a été effectuée selon le critère du nombre de degrés jours dhiver et le nombre de degrés jours dété.
Deux types de zonage ont été établis par la DMN :
un zonage sur la base des degrés jours de chauffage à base 18°C ;
un zonage sur la base des degrés jours de climatisation à base 21°C.
Toutefois, pour des raisons pratiques, il nest pas possible dadopter, pour la réglementation thermique, deux zonages saisonniers différents. Ainsi, un zonage climatique unique pour les besoins de la réglementation thermique a été réalisé par les experts internationaux avec des fichiers climatiques annuels jornaliers, sur la base des résultats de simulations des besoins thermiques annuels de chauffage et de climatisation des bâtiments dans onze villes marocaines représentatives.
Ainsi, en définitif, la carte du zonage final comprend six zones climatiques, circonscrites en respectant les limites administratives, pour une application facile et efficace de la nouvelle réglementation. Ces zones sont représentées climatiquement par les villes suivantes :
Zone 1 : Agadir ;
Zone 2 : Tanger ;
Zone 3 : Fès ;
Zone 4 : Ifrane ;
Zone 5 : Marrakech ;
Zone 6 : Errachidia.
En annexe figure une carte représentant le zonage climatique adopté pour la réglementation thermique.
Définition des spécifications techniques minimales des performances thermiques des bâtiments
En tenant compte des surcouts dinvestissement dune part et des simulations thermiques dautre part, un processus itératif a permis de fixer les niveaux raisonnables des exigences requises en matière de performance de lenveloppe à considérer comme niveaux réglementaires. Ces niveaux ont été définis à partir des options déconomies dénergie qui représentent un bon compromis technique et économique.
La RTBM fixe pour les composantes de lenveloppe du bâtiment des critères de performance dont les niveaux retenus conduiront à réduire les besoins de chauffage et de climatisation, les consommations énergétiques liées à ces postes et la puissance électrique requise pour lexploitation du bâtiment. Pour les bâtiments non climatisés ils réduiront les périodes dinconfort thermique.
Les spécifications techniques minimales des performances thermiques peuvent être exprimées, pour chaque zone climatique et chaque type de bâtiment, de deux manières :
Une approche globale dite performentielle
Les spécifications sont dans ce cas exprimées en termes dexigences minimales en besoins spécifiques annuels de chauffage et de climatisation, par rapport à des températures intérieures de référence (20°C pour le chauffage et 26°C pour la climatisation). Toutefois, la vérification de ces spécifications nécessite le recours à un outil de simulation. Daprès lADEREE, un logiciel de simulation simplifié sera développé et mis gratuitement à la disposition des utilisateurs. Cependant lutilisation des logiciels lourds comme TRNSYS ou VisualDO3 ainsi que des logiciels pratiques comme HAP et CODYBA reste valable pour les grands projets justifiant le recours à ce genre de logiciel (en particulier en cas de dimensionnement des systèmes de CVC).
Une approche simplifiée dite prescriptive
Dans ce cas, les spécifications techniques sont exprimées, pour chaque type de bâtiment et pour chaque zone climatique, sous forme de coefficients maximaux de transmission thermique (U en W/m².K) des murs, de la toiture, des fenêtres et des planchers bas, en fonction du rapport de la surface des ouvertures vitrées a la surface brute de la façade. Cette méthode spécifie aussi le ratio du gain thermique solaire passant à travers la fenêtre (SHGC) compte-tenu des protections solaires architecturales et/ou de la nature des vitrages, afin de réduire la puissance frigorifique installée ou les gains thermiques en été (voir en annexe les tableaux de spécifications).
Figure STYLEREF 1 \s 3 SEQ Figure \* ARABIC \s 1 4: Coefficient d'ensoleillement SHGC
Ces deux approches offrent aux professionnels intervenant dans la conception des composantes de l enveloppe du bâtiment, une grande souplesse et une commode facilitée dans l application de la RTBM.
Conclusion
Si lon compare les réglementations présentées, on constate que la plupart des réglementations présentent :
un découpage climatique basé sur la notion de degrés-jours de chauffage (DJCH) (sinon on napplique pas de zonage climatique) ;
des exigences différentes en matière disolation thermique des différentes parois du bâtiment (coefficient U en fonction des zones climatiques) ;
des conventions de calcul différentes, notamment le coefficient déchange superficiel intérieur et extérieur ;
différents critères réglementaires à satisfaire quil sagisse des déperditions thermiques de chaque paroi ou de la performance globale de toute la construction.
En ce qui concerne le Maroc, le projet de réglementation marocaine sappuie également sur un zonage climatique subdivisant le pays en 6 zones, établies selon les DJ de chauffage et les DJ de climatisation.
Pour chaque zone climatique, et selon la destination du bâtiment, on a limité les caractéristiques thermiques de lenveloppe :
le coefficient de transmission thermique pour les toitures exposées, les murs extérieurs et les vitrages ;
la résistance thermique pour les planchers sur sol ;
le facteur solaire équivalent pour les vitrages.
Les valeurs limites dépendent, en outre, du Taux Global des Baies Vitrées (TGBV), défini comme le ratio de la surface totale des fenêtres au total brut des surfaces des murs extérieurs.
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