L’impact environnemental de la gaine de ventilation rectangulaire

La gaine rectangulaire en acier galvanisé, pour les réseaux aérauliques, est une solution incontournable sur les projets de construction. Au sein des lots techniques, elle est régulièrement sur le podium des composants les plus impactants. Relativement simple à installer et à appréhender de par sa forme, elle est paradoxalement une source d’imprécision qui peut pénaliser fortement une modélisation d’analyse du cycle de vie réglementaire (ACV).
Chez Nooco, nous nous sommes interrogés sur la meilleure manière de proposer à nos utilisateurs une solution pour mesurer avec fiabilité l’impact de cet équipement et plus généralement permettre de mieux quantifier la part des réseaux aérauliques.

Sources d’imprécision et de pénalisation des données de la gaine rectangulaire

On rappelle ici que quel que soit l’équipement ou le matériau étudié, pour réaliser une ACV reconnue en France à l’échelle du bâtiment il est nécessaire d’utiliser une donnée environnementale vérifiée par une tierce partie compétente et indépendante pour chaque sous-objet.
Avec la méthode ACV on peut évaluer un grand nombre d’indicateurs (24 dans le bâtiment), nous étudierons uniquement l’impact réchauffement climatique dans cet article, c’est-à-dire les émissions de gaz à effet de serre (EGES) en kg éq CO₂

Etat des lieux des données environnementales par défaut (DED) disponibles

Sur les gaines de ventilation rectangulaires, seules 3 DED sont disponibles sur la base INIES, pour 3 sections carrées : 0,6x0,6 - 1,2x1,2 et 1,8x1,8 m².
Prenons l’exemple d’une gaine de taille intermédiaire de 0,8x0,8 m².
Dans le cadre d’une ACV règlementaire, cette gaine doit être comptabilisée comme une gaine de 1,2x1,2 m² : on utilise la DED la plus proche pour une unité fonctionnelle supérieure. Cette approche est plus ou moins majorante selon l’écart entre le produit étudié et la donnée disponible.
Dans notre exemple :
Lecture du schéma :
Carrés bleus : les 3 dimensions des DED
Carré orange : le produit réel
Masses réelles des produits :
Gaine 1,2x1,2 m² ~ 38kg/ml hors supportage [1]
Gaine 0,8x0,8 m² ~ 20 kg/ml hors supportage [1]
Ici, le calcul réglementaire va donc se baser sur une masse de produit 2 fois supérieure à celle du produit réel, et ainsi artificiellement doubler l’impact. ​
D’une manière générale, c’est la discrétisation d’une réalité continue qui conduit à ces imprécisions de calcul.

Un manque de données environnementales spécifiques (PEP/FDES)

On peut progressivement compter sur de plus en plus de données spécifiques disponibles comme cela a pu être le cas depuis les RT sur la mise à disposition des indicateurs de performance énergétique. Néanmoins à ce jour, il n’existe pas de PEP/FDES pour la gaine de ventilation rectangulaire. Nous avons souvent été interrogés par nos utilisateurs sur la raison de cette absence, et notre éventuelle connaissance d’une fiche à venir.
La gaine de ventilation rectangulaire est fabriquée sur mesure, bien souvent localement par des TPE-PME de métallerie ce qui rend difficile la traçabilité, la collecte et la mise à disposition de données fiables. A son instar, son cousin le conduit circulaire spiralé bénéficie d’un PEP collectif déposé par le syndicat Uniclima, vraisemblablement car son procédé de fabrication est plus standardisé.
A cette question, Uniclima nous répond que faute d’industriels au sein du syndicat commercialisant des gaines rectangulaires, il n’a pas encore été déposé de PEP collectif sur le modèle du PEP du conduit métallique circulaire. De notre côté, nous n’avons pas connaissance de démarche en cours chez des fabricants.
Ceci est une seconde cause de pénalisation des conduits rectangulaires en acier car les marges de sécurité utilisées pour construire les DED sont plus importantes en l’absence de données spécifiques. [2]
En effet, sur le cas du conduit rigide spiralé on constate que la fiche PEP Uniclima indique par exemple une émission gaz à effet de serre (GES) de 19,6 kgCO₂eq pour l’un des produits de diamètre 400mm, soit 40% de moins que la DED du même diamètre.
Pour plus d’explications …
A titre de comparaison, la DED de conduit rigide spiralé de diamètre 400mm indique une contribution au réchauffement climatique de 33,7 kgCO₂eq. Il existe un PEP pour le même matériel, établi pour un produit de référence de DN 160mm, mais qui, grâce à un fichier d’extrapolation disponible sur la base Inies, permet d’obtenir des données environnementales pour plusieurs dimensions.
Ainsi, extrapolé à un DN 400mm (en saisissant la masse au ml d’un produit de marque ALDES par exemple) on obtient 19,6 kgCO₂eq, soit près de 40% de moins !  On pourrait donc s’attendre à une économie du même ordre avec un PEP collectif de gaine rectangulaire.

Une unité fonctionnelle décorrélée de la forme réelle​

La caractéristique principale de l’unité fonctionnelle pour la gaine de ventilation est la section de passage d’air, en m². Raisonner sur une section en m² peut avoir des biais sur le calcul ACV.​ ​
Comme les gaines de ventilation sont généralement suspendues en plafond, visibles ou non, avec une contrainte de hauteur disponible, il est souvent préférable d’utiliser des formats rectangulaires en intérieur de bâtiment. Cependant, à section d'air équivalente, deux formes de gaines peuvent avoir des impacts très différents.
Par exemple, des gaines rectangulaires 800x800 mm² et 1600x400 mm² ont une section égale de 0.64 m².
A épaisseur de tôle égale, la seconde arbore 25% de paroi supplémentaire.
Si on considère en plus qu’il faut en réalité épaissir la tôle pour réduire la déformation des plus grandes faces, la quantité d’acier nécessaire à la fabrication peut être plus de 50% plus élevée pour une même section de passage d’air !​
Pour plus d’explications …
​D’après une documentation produit, une gaine de 800x800 mm² est réalisée en ep. 0.8mm et pèse environ 22kg/ml. Une gaine de 1600x400mm² a une épaisseur de 1mm et pèse quant à elle 32kg/ml, soit 45% de plus. Avec une approche purement mathématique  : (1 mm / 0,8 mm * 4 m² / 3,2m² = 1,25*1,25 = 1,56 => + 56%)

Permettre un calcul plus fin de l’impact de la gaine rectangulaire dans Nooco

« Dans la vraie vie », la gaine rectangulaire en acier peut être quantifiée selon différentes unités. Comment permettre à ces usages de disposer d’une même information environnementale fiable sans tordre les pratiques opérationnelles ?

L’unité métier : le kg d’acier

Lors des études, les installateurs dimensionnent leur réseau aéraulique dans le détail. Ils connaissent donc précisément les dimensions de chacune des antennes. Le résultat final est ensuite converti en un total au kg d'acier pour s'adapter à l'unité du négoce des métaux, marché plutôt volatile.
Cette simplification génère une perte d’information technique au niveau du devis. Elle permet néanmoins d’éviter la grande variabilité des quantités de matière pour une même section (schéma ci-dessus).
Côté Nooco, nous avons donc choisi de permettre une saisie au kilogramme de gaine acier. Pour y parvenir, nous avons calculé le facteur d’émission moyen par kilogramme de produit considéré à partir des fiches DED de gaines rectangulaires.

L’unité matériel : le m² de surface de tôle

Pour couvrir le besoin d’isolation thermique dans les pièces non chauffées, ou pour réduire les vibrations sonores, les gaines reçoivent généralement un isolant minéral en périphérie ou sur les parois intérieures. Ces produits, d’épaisseur standard 25 mm ou 50 mm, sont comptés en m² de paroi à isoler.
C’est d’ailleurs en connaissant la quantité du couple “gaine + isolant” en m² de paroi que l’utilisateur peut étudier une variante sur d’autres solutions de réseau aéraulique.
​Par conséquent, Nooco permet à l’utilisateur un deuxième mode de saisie : en m² de paroi de gaine, en considérant une épaisseur moyenne de tôle de 1mm.

Leviers de réduction de l’impact des réseaux aérauliques

Décomposition et valeur de l’impact réchauffement climatique de la gaine rectangulaire

Impact réchauffement climatique d’1m² de gaine rectangulaire en acier sur la durée de vie d’une construction neuve (50 ans)​
Dans l’ACV de la gaine acier, la phase de production, qui inclut l’extraction des matières premières (module A1), leur acheminement sur le site de fabrication (A2), et la fabrication proprement dite (A3), est la plus contributive. L’acier est, comme pour beaucoup de métaux, un des produits de construction les plus impactants rapporté à son poids.​
A ce jour, les minerais de fer les plus utilisés proviennent d’Australie, des Etats Unis et d’Afrique du Sud. Ils nécessitent une énergie importante pour leur extraction, leur transport, mais surtout pour l’obtention de la fonte par la combustion de coke dans les hauts fourneaux.​

Premier levier de réduction : trouver des substituts sans acier

Pour réduire l’impact environnemental, l’une des principales pistes consiste à remplacer l’acier par des matériaux moins impactants.​
Dans cette partie, nous aborderons différentes alternatives. Ces possibilités ne sont pas exhaustives et nécessitent une étude de faisabilité approfondie avant de pouvoir envisager leur implémentation dans un contexte technique défini (débit, espace disponible, …).
A ce titre, le conduit de ventilation pré-isolé, composé de plaques d’isolant minéral rigides à assembler sur chantier, est un candidat particulièrement efficace. Disposant de plusieurs FDES, il permet non seulement de remplacer la tôle d’acier galvanisé, mais également les isolants rapportés.​
Une modélisation au m² de réseau aéraulique isolé dans Nooco permet d’aisément comparer les impacts d’une variante produit, ici en utilisant la fiche FDES du conduit pré-isolé.
Comparaison de l’impact réchauffement climatique d’1m² de réseau aéraulique isolé sur la durée de vie d’une construction neuve (50 ans)​
Avec un total de 8,16 kg.eqCO₂ contre 102,08 kg.eqCO₂ pour la gaine acier, le conduit pré-isolé permet une réduction de la contribution au réchauffement climatique de plus de 90% sur le cycle de vie d’un bâtiment ! ​
Un produit moins connu : le conduit textile
Grâce à l’utilisation de membrane polyester renforcée, d’une masse entre quelques dizaines et quelques centaines de grammes par m² (comparée aux 8 kg/m² d’une tôle acier d’1 mm), on peut s’attendre à une réduction des impacts assez significative.
Il n’existe à ce jour aucune donnée environnementale sur ce type de produit, mais Nooco a formulé une demande de création de fiche DED en cours auprès du Ministère sur la plateforme dédiée.
Attention cependant, sa nature souple impose la réalisation de formes circulaires ou demi-circulaires et ne s’utilise qu’en soufflage.

Second levier de réduction : le conduit acier circulaire, disposant d’un PEP

Lorsque cela est techniquement possible, substituer une gaine de ventilation circulaire à une gaine rectangulaire permet un gain important dans le calcul d’empreinte carbone d’un projet
D’abord, car le changement de produit nécessite moins de matière :
  • Sa forme circulaire permet l’utilisation de tôle plus fine et réduit donc la masse d’acier requise.
  • Sa forme est également plus efficace et oppose moins de perte de charge, permettant la réduction de la section d’air à efficacité identique avec la gaine rectangulaire
Ensuite rappelons que le conduit circulaire dispose d’un PEP collectif déposé par le syndicat d’industriels Uniclima avec un écart d’environ 40% entre le PEP collectif et la DED. On s’appuie ainsi sur une chaine de production plus structurée et s’affranchit par la même occasion du coefficient de sécurité lié au manque de donnée sur les équipements de réseau aéraulique.

A l’avenir : encourager l’usage et améliorer le sourçage de l’acier recyclé

Malgré un impact environnemental important à sa première utilisation, l’acier dispose d’un atout : il est 100% recyclable. [3]

Cette seconde filière de production, qui représente 40% de l’acier fabriqué en France, utilise quant à elle des fours électriques qui ne nécessitent pas de brûler des dérivés du charbon. [3]

Ainsi, grâce à une filière bien structurée et avec une électricité faiblement carbonée, comme c’est le cas en France métropolitaine, on peut espérer un sérieux volume d’émissions de GES évitées. En effet, selon une étude de l’ADEME de 2017 [4], la production d’acier recyclé représente 57% d’émissions en moins par rapport à la production d’une même quantité d’acier primaire.
Sur le modèle des données environnementales du bois, différenciées dans des DED disponibles sur INIES selon la gestion « durable » ou « non durable » des forêts, une idée serait de proposer des DED de gaine de ventilation avec un taux minimum d’acier recyclé significatif. C’est d’ailleurs déjà le cas pour certaines FDES de profilés de structure en acier, dont le taux d’acier recyclé est garanti à hauteur de 61%.Ainsi, en certifiant la provenance de l’acier par la filière recyclage française, des DED ou des PEP collectifs et individuels, on inciterait davantage au recyclage de ce matériau pour réduire l’empreinte carbone des futures constructions

Notre avis en résumé

Il existe plusieurs pistes pour mesurer et réduire l’impact carbone d’un réseau aéraulique qui comporte de la gaine en acier rectangulaire.
Dès aujourd’hui :
A moyen terme, on peut espérer la création d’un PEP, individuel ou collectif, qui couvrirait des produits dont l’impact a été mieux maîtrisé par la filière. De nouvelles données environnementales pourront éclairer les choix d’écoconception sur des produits alternatifs comme le conduit textile.
Parallèlement, mieux différencier la provenance de l’acier, selon qu’il est primaire ou recyclé, permettrait de diminuer l’impact carbone tout en valorisant la filière recyclage.
Sources :
[1] : https://www.alnor.com.pl/assets/files/katalogi-grupy/FR/11-SQUER-FR.pdf
[2] :http://www.batiment-energiecarbone.fr/IMG/pdf/procedure_de_developpement_ded_decembre_2019.pdf
[3] : https://www.senat.fr/rap/r18-649-1/r18-649-121.html
[4] : https://presse.ademe.fr/wp-content/uploads/2017/05/FEDEREC_ACV-du-Recyclage-en-France-VF.pdf
DED/PEP/FDES mentionnées dans l’article : ​
Id 13590 : Conduit rectangulaire en acier galvanisé [Section = 0,6x0,6 m²] - DONNEE ENVIRONNEMENTALE PAR DEFAUT
https://www.base-inies.fr/iniesV4/dist/consultation.html?id=13590

Id 13589 : Conduit rectangulaire en acier galvanisé [Section entre 0,6x0,6 et 1,2x1,2 m²] - DONNEE ENVIRONNEMENTALE PAR DEFAUT
https://www.base-inies.fr/iniesV4/dist/consultation.html?id=13589

Id 13588 : Conduit rectangulaire en acier galvanisé [Section entre 1,2x1,2 et 1,8x1,8 m²] - DONNEE ENVIRONNEMENTALE PAR DEFAUT
https://www.base-inies.fr/iniesV4/dist/consultation.html?id=13588

Id 13568 : Conduit rigide spiralé en acier galvanisé [DN entre 100 et 400 mm] - DONNEE ENVIRONNEMENTALE PAR DEFAUT
https://www.base-inies.fr/iniesV4/dist/consultation.html?id=13568

Id 8597 : Conduit en acier galvanisé circulaire de diamètre 160 mm d'une longueur de 1 m ALDES
https://www.base-inies.fr/iniesV4/dist/consultation.html?id=8597

Id 26757 : Climaver® A2 Neto 25 mm
https://www.base-inies.fr/iniesV4/dist/consultation.html?id=26757