Mesurer la consommation énergétique d’un quartier

Les professeurs Alain Dubois — Institut Terre Nature et Paysage (inTNP) —, et Gilles Desthieux — Institut du paysage, d'architecture, de la construction et du territoire (inPACT) —, ont associé leurs compétences pour créer un outil de simulation des dépenses énergétiques d’un quartier. Développé à la Haute école du paysage, d'ingénierie et d'architecture de Genève (HEPIA) et soutenu par la HES-SO, le projet Quartherm aide à une planification énergétique territoriale plus durable. Explications.

Pourquoi avoir développé le projet Quartherm?

Gilles Desthieux: Pour améliorer l’efficience énergétique des bâtiments, nous devons d’abord connaître l’état réel de la situation. Nous établissons le profil de charge d’un bâtiment, c’est-à-dire la variation au fil du temps de la puissance de chauffage nécessaire par immeuble. Nous obtenons ainsi une vue claire de l’évolution de la consommation sur une journée, puis par saisons – la consommation étant plus forte en hiver –, et enfin sur l’année. En établissant ainsi les pics et les creux de demande pour chaque bâtiment de la zone donnée, nous pouvons estimer de manière précise la consommation d’un quartier et planifier le déploiement d’un réseau de chaleur à distance. 

Alain Dubois: Près de 50% de la consommation énergétique du pays vient du chauffage. Cette dépense d’énergie est responsable de plus de 35% des gaz à effets de serre nationaux. Notre projet s’inscrit donc dans les objectifs de la «Stratégie Chaleur 2050» de l’Office fédéral de l’énergie (OFEN), qui vise une décarbonation de l’approvisionnement en chaleur. Il a ainsi été sélectionné lors de l’appel à projets «Innovation, compétitivité et durabilité» de la HES-SO.

Comment fonctionne cet outil?

Alain Dubois: C’est avant tout un logiciel de simulation. Nous avons utilisé le programme CitySim®, qui permet la modélisation des besoins énergétiques heure par heure. Cet outil open source de planification urbaine a été créé par l’EPFL. Il liste l’énergie émise par les bâtiments et celle intrinsèque aux matériaux. Nous l’avons complété avec des outils de simulation et de modélisation 3D, utiles notamment sur les logiciels de conception architecturale BIM.

Gilles Desthieux: Le logiciel peut aussi associer des données issues du Registre fédéral des bâtiments et logements (RegBL), ce qui permet de connaître les années de construction et donc d’anticiper les caractéristiques techniques propres à chaque époque. Les bâtiments construits après la guerre souffrent par exemple souvent d’une mauvaise isolation. 

Alain Dubois: Il calcule également le bilan énergétique en fonction de l’ensoleillement, ce qui influence grandement les besoins en chauffage. En effet, une façade orientée face au soleil, avec des fenêtres, bénéficiera de l’effet de serre et aura besoin de moins de chauffage que d’autres pièces moins bien exposées. 

^{Exemple de courbe de charge. © HEPIA / G. Desthieux}

Pourquoi avoir délimité le projet à un quartier?

Gilles Desthieux: Le calcul des profils de charge de chaque bâtiment représente un travail minutieux. L’année de construction, les matériaux, l’isolation, le type d’installation de chauffage, la taille des pièces, un grand nombre de facteurs influence la courbe de charge d’un bâtiment.

Alain Dubois: Le «profil d’occupation» du bâtiment constitue également un facteur clé. La présence humaine émet de la chaleur. Les besoins ne sont donc pas les mêmes entre un immeuble d’habitation, un bureau ou un gymnase. 

Gilles Desthieux: En centrant sur un quartier, nous pouvons évaluer la réalité de manière exhaustive pour l’extrapoler ensuite à des cas similaires. Dans ce but, nous avons étudié un quartier type de périphérie urbaine suisse dans le canton de Genève. Ce quartier se compose d’une combinaison de bâtiments répandue dans le pays, ce qui favorise la reproductibilité de nos résultats. 

À qui est destiné cet outil?

Alain Dubois: L’outil servira aux entreprises spécialisées dans la planification de chantier de rénovation, à l’instar du bureau genevois Amstein & Walthert, partenaire du projet. Sans le profil de charge, il est impossible de planifier les besoins et de prévoir les travaux nécessaires sur les réseaux de chauffage et d’hydrothermie.

Gilles Desthieux: Quartherm permet de simuler des scénarios en intégrant de nouveaux modes de chauffage, de nouvelles normes, aussi bien sur des bâtiments anciens que neufs. Pour les professionnel·le·s, c’est une manière de tester des idées rapidement et de planifier des travaux plus durables.  

^{Photo vignette: Logiciel CitySim avec modèle 3D de bâtiments (quartier de Onex-Village). © HEPIA / G. Desthieux}