Performance énergétique d'un système

Introduction

La performance énergétique d'un système désigne sa capacité à fournir un service donné en consommant le moins d'énergie possible. On la mesure par le rendement, l'intensité énergétique et l'empreinte carbone.

Rendement instantané et saisonnier

• Rendement instantané $\eta = P_u / P_a$ à un instant donné.
• SPF / SCOP (Seasonal Performance Factor) : rendement moyen sur une saison de chauffe complète, plus représentatif pour PAC et chaudières.
• ETAS (efficacité énergétique saisonnière) : indicateur réglementaire européen (règlement Ecodesign 2015/1189).

Étiquette énergie

• Refonte 2021 : classes A-G, plus de A+++.
• Concerne réfrigérateurs, lave-linge, TV, éclairage, PAC…
• Basée sur consommation annuelle typique (SEC en kWh/an).

Formules clés

• Énergie : $E = P \cdot t$.
• Chaleur : $Q = m \cdot c_p \cdot \Delta T$ ; eau $c_p = 4,186\ \text{kJ/(kg·K)}$.
• Chauffe d'un ballon 200 L de 15 à 55 °C : $Q = 200 \times 4,186 \times 40 = 33,5\ \text{MJ} \approx 9,3\ \text{kWh}$.

Bilan énergétique

Diagramme de Sankey : représentation graphique des flux et pertes, largeur proportionnelle à la puissance. Exemple voiture thermique : 100 % carburant → 25 % roue, 30 % refroidissement, 30 % échappement, 15 % autres.

Indicateurs macro

• DPE (bâtiment).
• Étiquette énergie CO₂ véhicules (WLTP en gCO₂/km).
• PCI (Pouvoir Calorifique Inférieur) : gaz naturel 10 kWh/m³, essence 32 MJ/L.
• Facteur d'énergie primaire : réseau élec 2,3 (RT) puis 2,3 en RE 2020 pour ENR.

Actions pour améliorer la performance

1. Sobriété : usages moins consommateurs (mode ECO, extinction veille…).
2. Efficacité active : moteurs EFF IE3/IE4, variateurs, éclairage LED.
3. Efficacité passive : isolation, récupération chaleur, calorifugeage.
4. Cogénération / trigénération.
5. Pilotage smart (thermostats, GTB, algorithmes de prévision).

Cadre réglementaire

• Ecodesign (règlements par produit) + Étiquette énergie.
• Directive EED 2023/1791 : objectif -11,7 % d'énergie finale UE en 2030.
• Décret Tertiaire (BACS) : bâtiments tertiaires > 1000 m² pilotés par GTB avant 2027.
• Loi APER 2023 : agrivoltaïsme, obligations parkings > 1500 m² (ombrières PV).

Exemple chiffré 1 — pompe à chaleur air/eau

PAC de 8 kW thermiques, SCOP = 4,1, maison consommant 9 000 kWh de chaleur par an.

$W_{\text{élec}} = \frac{Q}{\text{SCOP}} = \frac{9\,000}{4{,}1} = 2\,195\ \text{kWh/an}$

Comparaison sur une année (tarifs indicatifs 2025) :

Système	Rendement	Énergie achetée	Coût annuel	CO₂ (kg)
PAC air/eau	SCOP 4,1	2 195 kWh élec	~527 € (0,24 €/kWh)	145 (0,066 kg/kWh)
Chaudière gaz condensation	0,95	9 474 kWh PCI	~1 137 € (0,12 €/kWh)	1 866 (0,197 kg/kWh)
Convecteurs électriques	1,00	9 000 kWh	2 160 €	594

Gain PAC vs gaz : 610 €/an et 1,7 t CO₂/an. Sur un surcoût d'installation de 8 000 €, temps de retour brut $\approx 13$ ans, ramené à ~7 ans avec MaPrimeRénov'.

Exemple chiffré 2 — moteur asynchrone IE3 vs IE2

Moteur 15 kW fonctionnant 4 000 h/an : $\eta_{IE2} = 91{,}0\ \%$, $\eta_{IE3} = 92{,}6\ \%$.

$\Delta W = P_u\,t\left(\frac{1}{\eta_{IE2}} - \frac{1}{\eta_{IE3}}\right) = 15 \times 4\,000 \times (1{,}0989 - 1{,}0799) = 1\,140\ \text{kWh/an}$

Soit ~205 €/an d'économie ; le surcoût IE3 (~250 €) est amorti en 15 mois. Le règlement UE 2019/1781 impose IE3 depuis 2021 pour 0,75-1 000 kW, IE4 depuis 2023 pour 75-200 kW.

Exemple chiffré 3 — intensité énergétique d'un bâtiment tertiaire

Bureau de 1 200 m², consommation 156 000 kWh_ef/an.

$C_{\text{surfacique}} = \frac{156\,000}{1\,200} = 130\ \text{kWh/m²/an}$

Le décret tertiaire (dispositif Éco Énergie Tertiaire) impose -40 % en 2030 par rapport à une année de référence : cible 78 kWh/m²/an. Un plan combinant relamping LED (-12 %), GTB classe B (-15 %) et régulation CVC (-14 %) atteint l'objectif.

Points-clés à retenir

• Rendement instantané ≠ performance saisonnière : c'est le SCOP/SPF/ETAS qui pilote la facture réelle.
• Comparer des systèmes exige de remonter à l'énergie primaire et au contenu carbone, pas seulement aux kWh finaux.
• Un gain de rendement se valorise toujours en trois chiffres : kWh évités, € économisés, kg CO₂ évités.