Dans le cadre de l’appel à projet PERFECTO 2022 de l’ADEME, NOBATEK/INEF4 a accompagné l’entreprise ThermiUp sur l’analyse des enjeux environnementaux et les leviers d’écoconception de son récupérateur de chaleur sur eaux grises.
Stratégie d’optimisation énergétique du produit ThermiUp : une approche systémique
Le produit ThermiUp est un dispositif d’échange d’énergie entre les eaux grises et les eaux froides, disposé le plus près possible de la sortie d’eau sanitaire, afin qu’il y ait le moins de pertes d’énergie thermique possible. Adaptable sur tous les bâtiments consommateurs d’eau chaude sanitaire, le produit ThermiUp permet notamment de réaliser des économies d’énergie.
Nos équipes ont modélisé, simulé et testé expérimentalement le récupérateur selon une nouvelle configuration de couplage à une pompe à chaleur, en vue d’améliorer le coefficient de performance de celle-ci. Les résultats des simulations énergétiques ont pour objectif d’estimer les bénéfices environnementaux d’un tel couplage, au regard des charges environnementales associées aux matériaux.
Notre équipe a développé et évalué une nouvelle configuration de récupérateur, intégrée à une pompe à chaleur, dans le but d’optimiser son coefficient de performance (COP). Les résultats des simulations énergétiques ont été exploités pour estimer les bénéfices environnementaux de cette combinaison, en tenant compte des charges écologiques associées aux matériaux.
Cette étude a été menée en utilisant l’outil de simulation à l’échelle du système sous OpenModelica, en conformité avec la réglementation environnementale RE2020. Différentes configurations de pompes à chaleur (PACs), de boucles tempérées et de systèmes de stockage thermique ont été explorées, dans le but de déterminer la configuration la plus performante sur le plan énergétique. Par la suite, des tests en laboratoire ont été réalisés pour confirmer les résultats de la simulation, en tenant compte des besoins spécifiques du bâtiment dans les différentes zones climatiques en France.
Cette approche intégrée de modélisation, de simulation et de tests expérimentaux a permis d’évaluer les avantages environnementaux potentiels de ces configurations améliorées, en tenant compte des impacts écologiques liés aux matériaux et aux systèmes énergétiques utilisés.
Figure 1 : système de boucle tempérée intégrant le produit ThermiUp
Accompagnement à l’évaluation environnementale et à l’écoconception
À la suite des études d’optimisation énergétique, nos équipes ont procédé à une analyse du cycle de vie du produit ThermiUp. L’objectif était double : d’une part, évaluer les impacts environnementaux du produit à la fin de la phase de R&D en posant les bases d’une future Fiche de Déclarations Environnementales (FDES), et d’autre part, permettre à notre partenaire de renforcer ses compétences pour une meilleure compréhension des indicateurs environnementaux.
Figure 2 : comparaison des impacts des conceptions imaginées du produit ThermiUp sur certains indicateurs environnementaux
BON À SAVOIR
NOBATEK/INEF4 accompagne et oriente le développement de produit au stade R&D (dispositif de financement France 2030 mobilisable) en mettant à disposition son expertise en Analyse de Cycle de Vie pour identifier les principales sources d'impacts environnementaux et les leviers d'amélioration du produit sur ces critères. Un diagnostic initial est réalisé pour mettre en place une stratégie d’éco-conception et tendre vers le produit le plus vertueux possible (dispositifs ADEME, BPI, régionaux activables avec le support de NOBATEK/INEF4)
NOBATEK/INEF4 positionne sur le marché les produits de construction / équipements en communiquant sur leur performance environnementale par la réalisation de déclarations en environnementales (FDES, PEP, EPD)
Quels leviers d’écoconception ont été étudiés ?
Le premier levier d’écoconception exploré a été l’augmentation de la capacité de récupération d’énergie sur eaux grises, avec pour objectif de passer d’une capacité de 3 logements à 30 logements.
Le deuxième levier étudié a été l’entretien et la fin de vie du produit, avec des préconisations et la mise en place de procédés et d’outils spécifiques :
- Des pièces démontables et l’affichage des instructions collées directement sur le produit. Une fiche d’entretien du produit ThermiUp a également été réalisée
- Les tampons de visite sont dévissables et accessibles facilement en haut du produit, ce qui donne ensuite l’accès aux déversoirs
- Les déversoirs peuvent être retirés pour être nettoyés, et les colonnes de cuivre où circulent les eaux usées en aval des déversoirs peuvent être brossées à l’aide d’un hérisson, sans utilisation de produit de nettoyage. Le collecteur d’eau peut aussi être démonté et nettoyé de la même façon.
Penser le système global pour une approche d’écoconception cohérente
Penser le système global autour d’un produit est essentiel dans le cadre de l’écoconception. En effet, la durabilité d’un produit ne se limite pas à sa conception individuelle, mais s’étend à tout son cycle de vie, de l’extraction des matières premières à sa fin de vie. En considérant les interrelations entre le produit, son environnement et les systèmes auxquels il se greffe, on peut identifier des opportunités pour minimiser les impacts environnementaux tout en maximisant la valeur économique et l’efficacité énergétique au global.
Les avantages d’intégrer le récupérateur de chaleur dans un système global pensé et optimisé sont multiples :
- L’optimisation énergétique : afin de supprimer les équipements additionnels entrainant des gains trop peu significatifs, de simplifier le fonctionnement et d’alléger le bilan de matières
- La réduction des consommations : via une boucle tempérée optimisée pour le projet et donc moins de dépenses et de dépendance énergétique car on récupère ici une énergie fatale et locale
- La diminution des impacts environnementaux des équipements couplés (fluide frigorigène bas carbone R600a / GWP=3 pour la PAC)
Résultats et perspectives
La démarche d’éco-conception a révélé les principaux défis environnementaux associés au produit ThermiUp, en identifiant les types d’impacts et les étapes du cycle de vie les plus significatifs.
Des décisions de conception ont été prises afin de réduire l’empreinte environnementale de la solution, en mettant l’accent sur la maximisation et la durabilité de l’efficacité, la conception démontable et la facilitation de l’entretien.
Nos équipes ont également livré un plan de développement avec les études futures à réaliser (notamment réglementaires : Titre V et FDES) et les points de communication à court/long terme pour l’entreprise (paramètres pertinents à communiquer selon le produit et dans le contexte du bâtiment, comment prouver ces paramètres etc.).
Défis émergents dans l’écoconception : vers une innovation responsable
Lancer une démarche d’écoconception peut se révéler être un large défi aux regards des enjeux sociaux et environnementaux actuels, mais également dû au fait de données manquantes concernant les consommations, les calculs d’impact sur certaines typologies de produit etc.
Dans une volonté de partager la réflexion et de faire progresser la filière du bâtiment vers plus de durabilité, nos équipes ont dressé un panel des défis rencontrés dans le cadre de cette mission pour l’entreprise ThermiUp, ainsi que les solutions envisagées.
Quand lancer une ACV sachant que des itérations de conception seront nécessaires et qu’une ACV peut être lourde à déployer ?
Nos solutions :
1) Appliquer de bonnes pratiques parmi lesquelles on peut citer : la démontabilité du produit, l’entretien sans produits nocifs, la quantité de matériaux réduite au strict nécessaire et donc l’élimination d’équipements non nécessaire, penser « fonction du produit » premièrement à son esthétique
2) Utiliser l’outil Empreinte Projet de l’ADEME. Cet outil a permis à nos équipes de prendre de la hauteur sur le produit : quelles seront les conséquences du déploiement du produit sur le marché ? A quel scénario de référence se substitue-t-il ? Quelle est la fiabilité de l’étude ACV et la pertinence des comparaisons en fonction des indicateurs ACV ?
Comment réussir à modéliser les équipements couplés au produit (notamment les PAC) lorsque l’on a peu de données disponibles ?
Notre solution :
Modéliser via une Donnée Environnementale par Défaut pour la PAC (issue d’INIES) et modéliser via des bilans de matières simplifiées pour les autres équipements (non disponibles sur INIES), afin d’évaluer les tendances d’impacts. Ce manque de données robustes (inventaires matériaux précis) ne permet pas encore une communication de valeurs d’impact (EN 15804) du système global couplé en conformité avec l’ISO 14020.