29 août 2015

Les impacts du changement climatique sur la France entre 2021 et 2100

canicule réchauffement climatique projection années futures

Alors que l'on vient encore pour cette année subir de nombreux pics de chaleur, voir de canicule, et ce surtout pendant plusieurs jours, il serait intéressant de voir ce qui nous attend pour les prochaines décennies.

Co-écrit par CDC Climat, l'ONERC et Météo-France, en partenariat avec l'ADEME et l'AFD, viennent en ce sens de publier un rapport « Le climat de la France au XXIe siècle » présentant des projections des principales évolutions possibles par rapport à la moyenne de 1976-2005 entre un scénario d'augmentation faible des concentrations de GES dans l'atmosphère et un scénario d'augmentation forte.

Ainsi il ressort qu'à l'horizon 2021-2050 :
  • Hausse des températures moyennes comprise entre 0,6 à 1,3°C, en particulier dans le Sud-Est de la France en été où elle peut atteindre 2°C. Cette hausse pourrait être équivalente au réchauffement observé en France sur l'ensemble du XXe siècle (de l'ordre de 1°C).
  • Augmentation du nombre de jours de vague de chaleur en été, particulièrement pour les régions du quart Sud-Est.
  • Diminution des jours anormalement froids en hiver notamment au Nord-Est du pays.

À l'horizon 2071-2100 :
  • Une hausse significative des températures, pouvant varier d'un facteur 1 à 4 selon le scénario considéré (+ 0,9 à 3,6°C en hiver et + 1,3 à 5,3°C en été) et particulièrement marquée dans le Sud-Est où elle pourrait largement dépasser + 5°C en été.
  • Forte augmentation du nombre de jours de vagues de chaleur en été.
  • Diminution des extrêmes froids en hiver.
  • Augmentation conséquente des précipitations extrêmes ainsi que du risque de sécheresse pouvant s'étendre à l'ensemble du territoire.

carte france réchauffement climatique horizon 2050

Vous constaterez que ce n'est donc pas très réjouissant pour les périodes estivales, surtout si on rectifie pas le tir rapidement ...

Plus d'info : livret « les territoires en route pour la COP 21 ».

28 août 2015

DJU base 18 ou Degré Jour Unifiés : pourquoi faire ?


Les DJU, ou Degré Jour Unifiés, sont très utiles et permettent un calcul assez précis pour déterminer les besoins et les consommation de chauffage ou de climatisation d'un bâtiment d'une zone climatique donnée. Les DJU permettent ainsi de mieux évaluer les besoins thermiques d'une habitation pendant la période de chauffe et aide au dimensionnement en puissance de la chaufferie. Les DJU varient en France d'une façon importante selon l'altitude de la station météo d'observation et la localisation du département où a été faite la mesure de température. En France, le total annuel moyen va de 1126 DJU pour la côte Corse à 110m d'altitude à 4475 DJU dans les Hautes-Alpes à 2000m d'altitude. Pour un hiver de rigueur moyenne le nombre de DJU se situe généralement entre 2000 et 3000 pour la majeure partie du territoire métropolitain.

Mais il convient tout d'abord de donner la définition des Degrés Jours (DJ), celle du Costic étant la plus simple : "Pour un lieu donné, le Degré Jour est une valeur représentative de l'écart entre la température d'une journée donnée et un seuil de température pré-établi". Les DJ sont ensuite additionnés sur une période de chauffage de 232 jours (du 1er Octobre au 20 Mai) pour chaque jour, permettant d'obtenir les DJU. 

Les degrés jours unifiés permettent ainsi de connaître la sévérité du climat et de réaliser des estimations de consommation d'énergie thermique pour le chauffage (ou la climatisation) d'un bâtiment en proportion de la rigueur de l'hiver (ou de l'été). Les DJU ainsi que la consommation de combustible qui en résulte, peuvent donc varier sensiblement d'une année sur l'autre.


DJU utiles pour connaitre la sévérité du climat

L'utilisation des DJU permet par exemple de constater que pour les 30 dernières années, le climat pour la période hivernale est moins rigoureux partout en France, notamment le Rhône, la façade atlantique et méditerranéenne, la Loire, le Puy de Dôme, tandis que pour octobre à mai la période est plus rigoureuse dans l'est, le Massif Central par exemple.


Evolution tendancielle des DJU entre 1970 et 2008 par stations départementales
Evolution tendancielle entre 1970 et 2008 des DJU (période d'octobre à mai) par stations départementales

Ainsi, plus le nombre de DJU est élevé, plus le climat a été froid sur la période considérée. On peut ainsi observer sur le graphique suivant que l'hiver 2013/2014 a été l'hiver le plus doux depuis 2007. Inversement, l'hiver 2012/2013 a été le plus rigoureux. C'EST ENVIRON xx% de baisse impactant d'autant la consommation avec les mêmes usages.

DJU Degré Jour Unifiés Paris Montsouris

Donc attention quand votre facture énergétique est moins élevée que l'année précédente : ce n'est pas forcément parce que le prix du gaz ou de l'électricité a baissé !


Comment sont calculés les DJU ?

Tout d'abord, chaque jour de la période considéré est calculé un Degré Jour (DJ) à partir des températures météorologiques extrêmes du lieu et du jour J :
  • Tn : température minimale du jour J mesurée à 2 mètres du sol sous abri et relevée entre J-1 (la veille) à 18h et J à 18h UTC.
  • Tx : température maximale du jour J mesurée à 2 mètres du sol sous abri et relevée entre J à 06h et J+1 (le lendemain) à 06h UTC.
  • S : seuil de température de référence choisi.
  • Moy = (Tn + Tx ) / 2 : température moyenne de la journée.

Il est d'usage de comparer la température extérieure à la température de chauffage diminuée de 2°C pour tenir compte des apports gratuits. Ainsi, pour un bâtiment chauffé à 20°C, le seuil de température de référence choisi est de 18°C d'où l'appellation DJU base 18. Ceci revient à dire que 2°C de chauffage seront apportés "gratuitement" par le soleil, l'éclairage, les personnes, les machines ... En conséquence, pour ce qui concerne la consommation de chauffage pour une température ambiante souhaitée de 20°C, tout se passe comme si l'on devait seulement chauffer à 18°C.

Il existe deux méthodes de calcul des DJU donnant des résultats différents :

Une méthode dite « Météo » avec un calcul simple :

Pour un calcul de déficits (chauffagiste) de température par rapport au seuil choisi :
  • si S ≤ Moy : DJ = 0
  • si S > Moy : DJ = S - Moy

C'est donc une estimation de la différence entre la température intérieure de référence - hors apports naturels et domestiques - et la température extérieure médiane de la journée. Cette donnée est utile pour l'estimation des consommations d'énergies de chauffage d'un bâtiment. Il n'y a pas de DJU négatifs.

On peut aussi calculer de manière plus fine les DJ en utilisant les DH (Degré Heure). Un « Degré Heure » DH correspond à un écart de température intérieure/extérieure de 1°C pendant une heure. Un DJ correspond alors à 24 DH.

DJU degré jour unifiés
Source xpair.com

Pour un calcul d'excédents (climaticien) de température par rapport au seuil choisi :
  • si S ≥ Moy : DJ = 0
  • si S < Moy : DJ = Moy – S


Une méthode dite « Professionnels de l'énergie »

Il s'agit d'un calcul plus élaboré conforme à la méthode réglementaire du Costic, correspond à une formule adaptée aux besoins des sociétés d'exploitation de chauffage ou de climatisation (intéressant en début ou en fin de saison de chauffe/climatisation).

Pour un calcul de déficits (chauffagiste) de température par rapport au seuil choisi :
  • si S > Tx (cas fréquent en hiver) : DJ = S - Moy
  • si S ≤ Tn (cas exceptionnel en début ou en fin de saison de chauffe) : DJ = 0
  • si Tn < S ≤ Tx (cas possible en début ou en fin de saison de chauffe) :

DJ = ( S –Tn ) x (0.08 + 0.42 x ( S – Tn ) / ( Tx – Tn ))


Pour un calcul d'excédents (climaticien) de température par rapport au seuil choisi :
  • si S > Tx : DJ = 0
  • si S ≤ Tn : DJ = Moy - S
  • si Tn < S ≤ Tx : DJ = ( Tx – S ) x ( 0.08 + 0.42 x ( Tx – S ) / ( Tx – Tn ))

Au final les DJU correspondent à la somme des 232 DJ :

      232  
DJU = Σ DJn
      1   

Nombre de DJU annuels moyens sur 10 ans par stations départementales
Nombre de DJU annuels moyens sur 10 ans par stations départementales


Corriger ses consommations en fonction des DJU

Ainsi, les DJU permettent de pondérer ses consommations énergétique en fonction du climat. La correction climatique consiste à pondérer les consommations de chauffage sur la base des données climatiques annuelles de la station météo. L'objectif est de rendre les années comparables entre elle, quelle que soit la rudesse de l'hiver. En ramenant les consommations de chauffage à un climat de référence, caractérisé par les DJU, on supprime ainsi les variations imputables à la rigueur climatique. Avant d'envisager une rénovation thermique et de s'orienter vers telles ou telles solutions, il convient de récapituler les DJU et sa consommation d'énergie en kWh sur au moins 5 ans pour obtenir une moyenne représentative de la consommation du bâtiment.

Consommations corrigées = consommations x  DJU de référence         
              DJU de la période considérée

A titre d'exemple, en tenant compte de DJU de référence d'une valeur de 2500, on obtient les consommations de chauffage pondérées suivantes pour un bâtiment sur les 3 dernières saisons de chauffe :

Année
2011/2012 2012/2013 2013/2014
Consommation réelle (kWh) 3 500 4 250 3 430
DJU de la période 1 954 2 372 1 824
Consommation à climat constant (kWh) 4 478 4 479 4 701

La consommation réelle d'énergie en 2012/2013 est la plus faible en raison de la rigueur climatique. Toutefois, si l'on calcule en climat constant, c'est-à-dire en pondérant les consommations en fonction de la rigueur climatique, on s'aperçoit qu’en 2013/2014, le bâtiment a consommé plus que la normale.


Déterminer sa consommation de chauffage à l'aide des DJU

Les DJU permettent aussi de déterminer la consommation théorique d'un bâtiment à l'aide de la formule suivante :

C =  24 x B x DJU x i 
ΔT x η x PCI

24 : nombre d'heures chauffées par jour
B : besoins thermique du batiment en kW (voir plus bas)
DJU : Degré Jour Unifié
i : intermittence (prend en compte les réduits de chauffage)
exemple : si réduit de nuit entre 22h et 6h (soit 8h) de -2°C (17°C au lieu de 19°C)
i = (DJU x 24h - 8h x 2°C x nb jours de chauffe par an) / (DJU x 24h)
i = (2500 x 24 - 8 x 2 x 232) / (2500 x 24)
i = 0,94
ΔT = Tintérieure - Textérieure de référence ou de base (trouvez votre T° de base)
η : rendement global de la production sur l'année (génération, distribution, émission, régulation)
électrique (effet joule) : 1
pompe à chaleur : 2 à 4
chaudières à bois (bûches) : 0,75
chaudières à bois (granulés) : 0,9
fioul (haut rendement) : 0,8
propane (haut rendement) : 0,9
propane (condensation) : 1,1
gaz naturel (haut rendement) : 0,9
gaz naturel (condensation) : 1,1
PCI : Pouvoir Calorifique Inférieur (pouvoir de combustion inférieur du combustible (kWh/kg ou kWh/litre). Dans le cas du fioul ou du bois, la formule tiendra compte du PCI afin d'avoir une consommation en litre ou kg de combustible. Dans le cas du gaz, il faut prendre PCI = 0,9 pour obtenir une consommation en kWh PCS (celle indiquée sur la facture)
PCI gaz = 0,9
PCI fioul = 10 000 kWh/m3
PCI propane = 12 780 kWh/t
PCI bois bûches =  4 080 kWh/t
PCI granulé bois = 4 900 kWh/t

Pour déterminer rapidement les besoins thermiques d'un bâtiment, vous pouvez utiliser cette formule simplifiée :

B = G x V x ΔT

G : coefficient global de déperdition en W/m3.°C (déterminez le G pour votre habitation)
V : volume du bâtiment considéré (m3)
ΔT : Tintérieure - Textérieure de base
B : Besoins thermiques (W)

NOTA : si vous connaissez votre consommation (ex. facture), vous pouvez aussi retrouver le besoin thermique du bâtiment :

B =  C x ΔT x η x PCI 
24 x DJU x i



Exemple concret

Maison de 1985 de 120m² - hauteur sous plafond 2,50m - isolation d'origine - chauffée au fioul avec une chaudière haut rendement - située à Lyon (T° de référence -10°C) - Température d'ambiance souhaité 20°C - Intermittence de 8h la nuit avec une consigne de 18°C - DJUmoy[2010-2014] = 2215

Besoin thermique : B = 1.1 x 120 x 2.5 x (20 - (-10°C)) = 1.1 x 120 x 2.5 x 30 = 9900W
Intermittence : i = (2215 x 24 - 8 x 2 x 232) / (2215 x 24) = 0.93
Consommation : C = (24 x 9.9 x 2215 x 0.93) / (30 x 0.8 x 10000) = 2.040m3 = 2040 litres

Si la maison est plutôt au gaz naturel avec une consommation facturée de 21000kWh

Besoin thermique : B = (21000 x 30 x 0.8 x 0.9) / (24 x 2215 x 0.93) = 9.175kW = 9175W