L'expression Facteur 4 désigne un objectif ou engagement écologique qui consiste à diviser par 4 les émissions de gaz à effet de serre d'un pays ou d'un continent donné, à l'échelle de temps de 40 ans (2050). Pour une majeure partie, il s'agit de diminuer fortement les consommations d'énergie fossile. Et aussi, les consommations de produits à très forte émissions de gaz à effet de serre (ex: viande). Il s'agit bien sûr aussi d'améliorer l'efficience des modes de production, c'est-à-dire produire autant de richesse en utilisant moins de matières premières et d'énergie, mais dans une moindre mesure, car cette efficience à augmenté de 35% en 35 ans et il va être difficile de la multiplier par 4 en 40 ans...

En Europe, l'objectif, correspond à la part équitable de cette collectivité dans le Facteur 2 au niveau de la planète (niveau arrêté par le G8).

En France, Facteur 4 désigne généralement l'engagement pris en 2003 devant la communauté internationale par le chef de l'État et le Premier ministre de « diviser par un facteur 4 les émissions nationales de gaz à effet de serre du niveau de 1990 d'ici 2050 ». Cet objectif a été validé par le "Grenelle de l'environnement" en 2007.

Le facteur 4 est il envisageable ?

Un terrien moyen émet une tonne d'équivalent carbone par an. Un Américain en émet environ 6,8 tonnes, un Européen de l'ordre de 3,2 tonnes en moyenne, un Français 2,5 tonne et un Indien seulement 300 kg. Pour ne pas dépasser les possibilités de régulation planétaire, il faudrait donc ramener la moyenne mondiale d'émission annuelle à 500 kg par habitant, soit moins du double de la consommation unitaire des habitants d'un pays en émergence comme l'Inde.

Application du "Facteur 4" en France

La situation géographique de la France (partie sud notamment) l'expose plus au réchauffement que nombre des pays voisins. La canicule estivale de 2003 a causé 15 000 pertes humaines en quelques semaines. Le bilan le plus lourd en Europe a été atteint en Italie avec plus de 25 000 personnes. Ceci montre le danger que constitue le réchauffement minimal de 1 à 2,5°C et un éventuel réchauffement de 6°C, qui aurait des conséquences climatiques, environnementales et humaines catastrophiques. A titre d'illustration : entre la valeur de la température moyenne du globe lors de la dernière glaciation, il y a 20 000 ans, et la température actuelle, l'écart n'a été que de 4 à 6°C.

La France vise à diviser par quatre d’ici 2050 ses émissions. Cet objectif a été successivement inscrit dans sa « Stratégie nationale de développement durable » en juin 2003, dans son « Plan climat » de juillet 2004 puis dans la « Loi de programme fixant les orientations de sa politique énergétique » (dite loi POPE) en juillet 2005, avec confirmation en 2007 dans le Grenelle de l'environnement.

Réaliser le "Facteur 4" consiste, en d'autres termes en France, à réduire de 75 % en 45 ans (soit 3 points par an d'ici 2050) les émissions de gaz à effet de serre du pays

Deux grands secteurs en France ne sont pas encore parvenus à faire décroître leurs émissions : le secteur des transports (très dépendant des hydrocarbures, avec une aggravation liée à la périurbanisation) et celui du bâtiment, notamment du fait de la croissance continue du parc bâti, et de l'apparition régulière d'usages énergétiques nouveaux (ordinateur, sèche-linge, climatiseur, grands écrans plats, veilles..) et en raison du nombre globalement croissant d'appareils électriques ou consommant une énergie fossile.

Si les solutions sont plus difficiles à identifier dans le secteur des transports, celui du bâtiment semble déjà constituer une des clés pour ce défi environnemental, car il offre d'importantes possibilités d'évolutions à court et moyen terme.

« Facteur 4 » et secteur du bâtiment

Les bâtiments peuvent utiliser de nombreuses sources d'énergie, dont les énergies renouvelables. Ces énergies peuvent être combinées et le cas échéant, être modifiées plusieurs fois sur la durée de vie des immeubles. Dans les pays développés, le secteur du bâtiment, où beaucoup d'énergie est gaspillée, est l'un des secteurs économiques les plus favorables pour la réalisation du "Facteur 4". Le facteur 4 restera cependant beaucoup plus facile à atteindre dans le bâtiment neuf que via la rénovation. L'amélioration des performances énergétiques des bâtiments peut être programmée sur plusieurs années, augmentant la valeur patrimoniale du bien. Le bâtiment ancien peut aussi bénéficier de la production de maisons neuves énergétiquement positives construites à proximité. Le comportement et les besoins des occupants des bâtiments est relativement stable dans le temps. L'évolution de leurs besoins se fait généralement sur des cycles longs, sans rupture brutale, et elle peut être raisonnablement anticipée. La sensibilisation peut aussi favorablement modifier les comportements.

En France...

Le secteur du bâtiment consomme actuellement 68,2 millions de tonnes d'équivalent pétrole, soit 42,5 % de l'énergie finale totale. C'est chaque année plus d'une tonne d'équivalent pétrole consommée par habitant. Il génère parallèlement 123 millions de tonnes de CO2, soit 23 % des émissions nationales. Ceci correspond à 33,5 millions de tonnes de carbone, soit une demi-tonne de carbone libérée chaque année dans l'atmosphère par chaque habitant.

Parmi les différents gaz à effet de serre émis par les bâtiments, le CO2 représente le gaz majoritaire à hauteur de 96 % en raison du contenu élevé en carbone des combustibles fossiles consommés pour le chauffage ainsi que de l'électricité utilisée lors des périodes très froides.

L’énergie est consommée pour 2/3 dans les logements et pour 1/3 dans le secteur tertiaire. Cette proportion reste sensiblement constante depuis vingt ans.

On compte actuellement en France 30,7 millions de logements, dont 25,8 millions résidences principales, 3 millions résidences secondaires et 1,9 million logements vacants. Les résidences principales représentent une surface d'environ 2,65 milliards de m², à comparer aux 850 millions de m² de surface chauffée du secteur tertiaire.

Ces 3,5 milliards de m² chauffés seront tous à traiter pour parvenir au Facteur 4.

Il existe en France un programme national de soutien à la R&D et aux bâtiments démonstrateurs, avec des incitations aux travaux d'économies d'énergie, des exigences réglementaires renforcées, des campagnes de communication auprès du grand public et d'actions de formation auprès des professionnels (ADEME, collectivités…).

Terminologie : Les bâtiments dits « anciens » (construits avant 1975, date de mise en place de la première règlementation énergétique) et récents sont, dans leur globalité, qualifiés de « bâtiments existants », constituant le stock actuel de bâtiments où existe toujours un gisement d'économies d'énergie, très rentables pour les plus faciles à faire. Les bâtiments neufs sont ceux construits au cours de l'année écoulée. Ils représentent le flux annuel de construction.

La valeur moyenne sur la période 1990-2002 a été de 300.000 logements/an et de 12,4 millions de m² de bâtiments tertiaires chauffés. Ces dernières années, la construction de logements a continué à croître fortement avec 410.000 mises en chantier en 2005.

Poids important des bâtiments existants

Le taux de renouvellement des bâtiments anciens par des bâtiments neufs est inférieur à 1% par an. Sans effort supplémentaire réalisé, ce faible taux, associé au rythme actuel des réhabilitations n'entraînerait un relèvement des performances énergétiques de la totalité des bâtiments construits avant 1975 que dans plus d'un siècle (Les bâtiments construits avant les règlementations thermiques pourraient constituer entre 60 à 75 % du parc en 2050).

On constate cependant une réduction régulière de la consommation totale de ce parc ancien (diminution de 49 % par m² et de 28 % par logement de 1973 à 2005, grâce au renouvellement des chaudières dont la durée de vie est très inférieure à celle du bâti, et grâce aux travaux d'isolation thermique. La Sofres mesure annuellement le taux de réalisation et d'investissements en maîtrise de l'énergie par les ménages. Ceux-ci concernent une part relativement stable de 11 à 12% des ménages qui investissent en moyenne 25 euros par m² de surface habitable.

Même si ce rythme d'investissement représente un montant de l'ordre de 125 €/m² investis en moyenne par logement d'ici 2050, ces améliorations sont cependant très insuffisantes pour placer le secteur du bâtiment sur la trajectoire du "Facteur 4", qui nécessiterait au moins 200 euros par m² pour des bâtiments relativement faciles à traiter et plus de 400 euros par m² pour des bâtiments plus délicats à réhabiliter ou nécessitant une intégration forte d'énergies renouvelables. Rapporté au parc total chauffé de 3,5 milliards de m², ceci correspondra à un investissement total cumulé d'ici 2050 de l'ordre de 1.000 milliards d'euros afin de réduire au plus près du "Facteur 4" les consommations énergétiques totales de tous les bâtiments en service. Les deux tiers de cet investissement concerneraient les ménages pour des montants qui seraient au moins de 20.000 euros et pourraient dépasser les 40.000 euros, à investir dans leurs logements en trois à quatre décennies.

Pour une amélioration énergétique de l'ensemble des constructions, de nombreuses mesures nouvelles ont été élaborées en France, principalement sous l'impulsion de la "Directive européenne sur la performance énergétique des bâtiments (DEPEB)". Le Grenelle de l'environnement a proposé fin octobre 2007 d'aller plus loin et plus vite, toute en développant l'approche HQE. La règlementations énergétiques des bâtiments neufs et existants devrait être encore améliorée et fiscalement soutenue, et le diagnostic énergétique des bâtiments (DPE) développé, avec visites périodiques des chaudières et des équipements de climatisation, soutiens financiers (crédits d'impôts) aux investissements de maîtrise de l'énergie, certificats d'économies d'énergie, maisons énergétiquement positive, etc.

Ceci nécessitera des efforts organisationnels, technologiques et financiers très importants et rapides.

Réglementations énergétiques

Leurs exigences évoluent régulièrement et elles sont réputées pour accélérer la recherche sur les matériaux et composants, les équipements et sur la conception d'ensemble, ce qui permet ensuite de fixer de nouvelles exigences afin de limiter le réchauffement climatique et d'anticiper l'épuisement des sources d'énergie traditionnelles.

Leur rythme de parution s'est accéléré aux USA, en Europe et en France (et dans de nombreux pays), mais essentiellement pour le bâtiment neuf et depuis la fin des années 1990. Des exigences règlementaires sont en cours pour les bâtiments existants.

En France, douze ans s'étaient écoulés entre la règlementation thermique 1988 (RT 1988) et la RT 2000. Un écart de cinq années a séparé la publication de la RT 2000 de celle de la RT 2005 qui a mis en place un renforcement de 15% des exigences sur les bâtiments neufs en France. Les pouvoirs publics ont déjà annoncé la RT 2010 et un nouveau saut d'au moins 15%, que le grenelle de l'Environnement veut encore dépasser à moyen terme.

Le « Facteur 4 » ne semble cependant pas pouvoir être atteint pour tous les bâtiments existants pour des raisons économiques ou techniques. En compensation, la totalité des bâtiments neufs doit devenir très faiblement énergivore ou énergétiquement positif en termes de bilan global. Dans l'avenir, les concepteurs de bâtiments neufs devraient continuer à pousser les performances énergétiques en mettant en application les résultats de la recherche et en intégrant très fortement les énergies renouvelables, locales, propres et sûres.

Cependant, sauf à développer de nouvelles méthodes d'isolation du bâtiment ancien, même en admettant qu'ils parviennent au facteur 7 à 8 (c'est-à-dire 7 à 8 fois moins d'émissions de gaz à effet de serre qu'un bâtiment de même configuration construit en 2000), il ne sera tout de même pas possible de boucler le bilan du fait du poids très faible du flux par rapport à celui du stock.

La problématique du confort thermique ne peut être envisagée de façon conventionnelle sous le seul aspect du chauffage ou du rafraîchissement. Certes, sous nos climats tempérés, des apports complémentaires pour le chauffage sont nécessaires en saison froide, mais une approche écologique s'attachera par tous les moyens à les minimiser en amont, pour ne plus avoir à les traiter en aval, qu'en termes d'appoints.

Concernant le rafraîchissement des espaces de vie, sauf cas particuliers, les besoins d'appareillages spécifiques seront sans objet sous nos climats.

L’approche écologique se fonde sur une conception globale de l'habitat  considéré comme un organisme vivant situé dans son environnement, et réagissant avec lui. Concernant la problématique thermique, cette approche systémique de l'habitat, qui consiste à créer une enveloppe bâtie « vivant avec le climat», inspirée de l'approche des anciens, s'est développée depuis les années 1960 sous le nom de bioclimatisme.

Mais la fonction d'un habitat ne se limite pas à la seule problématique thermique. Le traitement de celle-ci devra composer avec tous les autres déterminants (économiques, environnementaux, sanitaires, esthétiques, sociaux ...) de la construction. La performance énergétique recherchée ne pourra l'être au prix d'une ignorance ou même d'une sous-évaluation de l'un des autres paramètres, au risque de retomber dans une démarche spécialisée, avec tous les déséquilibres qu'elle engendre.

La démarche bioclimatique est une composante inhérente à l'approche écologique. Elle est un des fils conducteurs de l'ensemble du processus à l'œuvre dans chaque projet d'habitat: trouver l'adéquation, chaque fois unique, entre un projet d'habiter l'environnement dans lequel il s'inscrit, et l'habitat qui va traduire cette insertion. Le schéma ci-contre illustre les relations d'équilibre à trouver entre ces trois « acteurs» de base: les habitants, leur habitat et leur environnement.

Dans cette représentation, les habitants sont figurés au centre de leur habitat, symbolisé par le cercle, dans le périmètre duquel se situent les points de contact et d'interaction de cet habitat avec l'environnement. L’interaction de chaque projet avec son environnement s'effectue par le biais de cinq pôles: le lieu qui accueille le projet, la forme architecturale, les matériaux qui permettent de la matérialiser la mise en oeuvre qui lui donne réalité, et enfin les fluides et les énergies, nécessaires d'abord au processus de construction, puis ensuite au fonctionnement de la construction lorsqu'elle sera habitée. Chacun de ces pôles est le lieu d'une recherche d'équilibre entre les souhaits et les possibilités des habitants d'une part, et les quatre autres pôles d'autre part, et puis par le biais de ceux-ci, avec l'environnement extérieur ou la collectivité. Le cinquième pôle (fluides et énergies), qui est celui dans lequel s'applique directement la problématique du confort thermique par les actions de chauffage et de rafraîchissement, est étroitement dépendant de tous les autres, Il figure en dernier dans le processus de conception car son optimisation (c'est-à-dire la réduction au minimum des intrants* nécessaires) sera obtenue par une participation équilibrée des autres pôles à cet objectif,

Les habitants

Qu'il concerne le neuf ou la réhabilitation, la réussite d'un projet de construction dépend d'abord de sa bonne définition et de la connaissance des objectifs à atteindre. Parmi ces objectifs, le bien-être thermique, qui est légitimement une des premières exigences des futurs habitants, doit être redéfini: contrairement à une approche simplificatrice, il n'est pas lié à la seule température de l'air. Il dépend d'un ensemble complexe de réalités physiques, mais aussi de facteurs d'ambiance, de données psychologiques et culturelles. En outre, dans une construction bioclimatique, l'habitant n'est pas un simple consommateur passif « presse-bouton ». Même si certaines fonctions peuvent être automatisées, il vit avec son habitat, et participe à l'adaptation de celui-ci aux variations des éléments extérieurs en fonction des heures ou des saisons.

Le lieu

Le triangle primordial sur lequel repose une conception bioclimatique réussie est constitué par l'adéquation entre le lieu, la forme architecturale et les matériaux composant l'enveloppe. Qu'il s'agisse d'un terrain vierge ou d'une construction existante à réhabiliter, un examen attentif de toutes les caractéristiques du lieu d'accueil est la condition première pour « partir du bon pied ». C'est la base de toute construction bioclimatique : les conditions climatiques caractérisant un lieu sont à examiner à plusieurs échelles allant de celle du macroclimat définissant les caractéristiques d'ensemble d'une vaste zone géographique, jusqu'au microclimat, déterminé par les multiples particularités du site d'implantation : exposition au rayonnement solaire en fonction des saisons, régime des vents et incidences de l'environnement proche sur ceux-ci ... Ces données constituent les ressources climatiques dont va tirer parti la conception bioclimatique.

Dans le cas d'une réhabilitation, à la connaissance climatique du lieu s'ajoute celle, fondamentale, du fonctionnement du bâti existant qui doit guider tout projet d'intervention.

La forme architecturale

Un habitat bioclimatique est un espace conçu autour du «projet de vie» de ses habitants. Tout en respectant les multiples fonctionnalités du bâtiment (comme la qualité des circulations, des vues, de la lumière, etc), la composante thermique de ce projet sera déterminante dans la conception des espaces qui se fera:

• en fonction de l'ambiance thermique souhaitée dans les différentes zones;
• en tirant parti au mieux de toutes les caractéristiques du lieu sur lequel elle s'implante pour capter et gérer les éléments positifs du climat et se protéger de ses éléments négatifs;
• en optimisant la forme architecturale en fonction des rôles thermiques différenciés de l'enveloppe;
• en utilisant des organes bioclimatiques spécifiques comme par exemple les serres ou les murs capteurs.

Les matériaux

Les matériaux composant les différentes parois du bâtiment ont un rôle thermique différencié selon qu'on leur assigne les fonctions de capter l'énergie solaire, de stocker la chaleur ou la fraîcheur, de déphaser plus ou moins leur restitution, d'empêcher la fuite des calories vers l'extérieur en saison froide, et/ou de faire barrage à la pénétration de celles-ci en saison chaude. Souvent ces matériaux devront cumuler plusieurs de ces propriétés, simultanément ou alternativement : par exemple, un bon isolant de toiture pour la saison froide peut s'avérer très médiocre pour éviter les surchauffes en été. Il convient donc de bien connaître leurs propriétés physiques pour les utiliser à bon escient. Par ailleurs, les matériaux seront affectés différemment par l'humidité issue de la condensation, phénomène particulièrement sensible lors d'interventions sur des bâtis anciens.

La mise en œuvre

Le type de mise en oeuvre conditionne largement les choix faits en amont au niveau de la conception, mais détermine aussi, en aval, la réussite effective du projet.

En amont, le choix des matériaux entrant dans la construction (filière sèche ou filière humide? matériaux premiers comme la terre crue ou systèmes préfabriqués? etc) dépend largement de la nature du projet et des compétences locales que l'on pourra ou non mobiliser.

En aval, la qualité de la mise en oeuvre aura une incidence importante sur les performances réelles de l'habitat réalisé. Le soin porté aux «détails» d'exécution comme les ponts thermiques ou les étanchéités à l'air sera déterminant dans la performance thermique de la construction.

Les fluides et les énergies

Dans la terminologie du bâtiment, les fluides et les énergies représentent tout ce qui entre et sort de la construction pour y produire un effet: c'est bien sûr l'énergie nécessaire pour chauffer ou pour rafraîchir, mais aussi l'eau, l'air, l'électricité, les télécommunications. Si la conception a intégré de façon équilibrée les autres pôles, la part des fluides et des énergies (non captées dans l'environnement naturel extérieur) pour atteindre les objectifs thermiques est minimisée, et conçue en termes d'appoints, voire annulée (comme le recours aux systèmes de climatisation conventionnels).

Une conception bioclimatique réussie est du point de vue des besoins thermiques une construction tendant vers l'autonomie. Dans cette conception intégrée, les divers équipements «actifs» permettant de gérer les calories gratuites du rayonnement solaire, de même que le système de ventilation nécessaire à l'optimisation thermique du bâtiment, ne sont plus que des «assistants», dont la consommation énergétique est minime.

JP Oliva

« La conception bioclimatique »