Bilan carbone — Menuiserie bois vs aluminium
Co-intervention Maths-Sciences | Première Bac Pro MA | S1.2 / C2.12 — HQE et comparaison documentée
Dernière mise à jour : 4 septembre 2026
Objectifs
- Comprendre un indicateur de changement climatique sur un périmètre défini
- Calculer un indicateur climatique simplifié pour la fabrication d'une menuiserie
- Comparer l'impact environnemental de différents matériaux (bois, aluminium, PVC)
- Interpréter un bilan carbone simplifié
Identification de la ressource
- Savoir professionnel MA : S1.2 — Haute qualité environnementale dans le déroulement d'une opération de construction
- Compétence MA : C2.12 — Comparer des performances à partir de documents techniques, labels et données de produits
- Notions mathématiques : Multiplication, conversions d'unités (kg, t), pourcentages, comparaisons
- Notions sciences : Chimie (CO2, effet de serre), énergie
- Niveau : Première Bac Pro MA
1. Mise en situation professionnelle
Contexte professionnel — Appel d'offres pour un château d'eau
Un architecte lance un appel d'offres pour la fourniture et la pose de 20 fenêtres dans un bâtiment public. Il demande aux entreprises de fournir un bilan carbone de leur offre, car le maître d'ouvrage exige un bâtiment à faible empreinte environnementale.
Votre entreprise de menuiserie étudie une offre en bois et une offre en aluminium. Le chef d'entreprise vous demande un premier calcul pédagogique, puis une liste des documents environnementaux à demander avant toute affirmation dans l'offre.
Un architecte lance un appel d'offres pour la fourniture et la pose de 20 fenêtres dans un bâtiment public. Il demande aux entreprises de fournir un bilan carbone de leur offre, car le maître d'ouvrage exige un bâtiment à faible empreinte environnementale.
Votre entreprise de menuiserie étudie une offre en bois et une offre en aluminium. Le chef d'entreprise vous demande un premier calcul pédagogique, puis une liste des documents environnementaux à demander avant toute affirmation dans l'offre.
2. Effet de serre et CO2
Définition — Gaz à effet de serre (GES)
Les gaz à effet de serre comprennent notamment le CO2, le CH4 et le N2O. Pour additionner leurs effets, on les exprime en équivalent CO2 (CO2e).
Les gaz à effet de serre comprennent notamment le CO2, le CH4 et le N2O. Pour additionner leurs effets, on les exprime en équivalent CO2 (CO2e).
Définition — Empreinte carbone
L'impact sur le changement climatique d'un produit de construction se lit sur son cycle de vie : production, transport, mise en œuvre, utilisation et fin de vie. Une FDES indique les modules couverts, l'unité fonctionnelle et la durée de vie de référence.
Unité courante : kg CO2e. Deux résultats ne sont comparables que si leur périmètre et leur unité fonctionnelle sont cohérents.
L'impact sur le changement climatique d'un produit de construction se lit sur son cycle de vie : production, transport, mise en œuvre, utilisation et fin de vie. Une FDES indique les modules couverts, l'unité fonctionnelle et la durée de vie de référence.
Unité courante : kg CO2e. Deux résultats ne sont comparables que si leur périmètre et leur unité fonctionnelle sont cohérents.
3. Empreinte carbone des matériaux de menuiserie
Jeu de données pédagogique — phase de production A1–A3
| Matériau | kg CO2e / kg | Observation |
|---|---|---|
| Bois massif (chêne, hêtre) | 0,5 | Faible énergie de transformation |
| Bois lamellé-collé | 0,7 | Collage et usinage supplémentaires |
| PVC | 3,1 | Pétrochimie |
| Acier | 2,3 | Sidérurgie haute température |
| Aluminium (primaire) | 8,0 | Électrolyse très énergivore |
| Aluminium (scénario recyclé) | 1,0 | Valeur fictive du jeu de données |
| Verre (double vitrage) | 1,2 | Fusion à haute température |
Ces coefficients sont fournis uniquement pour effectuer les calculs des exercices. Ils représentent un indicateur A1–A3 fictif et ne sont pas des valeurs génériques à réutiliser dans une offre. En situation professionnelle, il faut employer les FDES des produits réellement comparés.
Formule du modèle simplifié
\[ E_{\text{CO}_2} = m \times f \]
\[ E_{\text{CO}_2} = m \times f \]
- \(E_{\text{CO}_2}\) : indicateur simplifié en kg CO2e
- \(m\) : masse du matériau en kg
- \(f\) : coefficient fourni en kg CO2e/kg
Exemple — Une fenêtre bois vs aluminium
Fenêtre standard (1,20 m × 1,40 m) :
• Cadre bois du scénario : masse = 25 kg → \(E = 25 \times 0{,}5 = 12{,}5\) kg CO2e
• Cadre aluminium du scénario : masse = 15 kg → \(E = 15 \times 8{,}0 = 120\) kg CO2e
Dans ce jeu de données A1–A3, le résultat du cadre aluminium vaut 9,6 fois celui du cadre bois. On ne peut pas étendre ce rapport à toutes les fenêtres ni au cycle de vie complet.
Fenêtre standard (1,20 m × 1,40 m) :
• Cadre bois du scénario : masse = 25 kg → \(E = 25 \times 0{,}5 = 12{,}5\) kg CO2e
• Cadre aluminium du scénario : masse = 15 kg → \(E = 15 \times 8{,}0 = 120\) kg CO2e
Dans ce jeu de données A1–A3, le résultat du cadre aluminium vaut 9,6 fois celui du cadre bois. On ne peut pas étendre ce rapport à toutes les fenêtres ni au cycle de vie complet.
Carbone biogénique : ne pas le soustraire isolément
Le carbone capté pendant la croissance de l'arbre peut rester stocké pendant la vie du produit. Dans une FDES, ce stockage et sa restitution éventuelle en fin de vie sont comptabilisés selon des règles précises. Soustraire une masse de CO2 stockée aux seules émissions de fabrication ne permet donc pas de conclure qu'une fenêtre est un « puits de carbone » sur tout son cycle de vie.
Le carbone capté pendant la croissance de l'arbre peut rester stocké pendant la vie du produit. Dans une FDES, ce stockage et sa restitution éventuelle en fin de vie sont comptabilisés selon des règles précises. Soustraire une masse de CO2 stockée aux seules émissions de fabrication ne permet donc pas de conclure qu'une fenêtre est un « puits de carbone » sur tout son cycle de vie.
À retenir
- Dans le modèle : indicateur A1–A3 = masse × coefficient fourni
- Une comparaison professionnelle se fait à partir de FDES adaptées aux produits et à la même unité fonctionnelle
- Le résultat dépend notamment de la composition, de l'énergie de fabrication, du transport, de la durée de vie et de la fin de vie
- Le carbone biogénique se lit dans le bilan complet ; il ne se retranche pas séparément
Exercices
Socle
Exercice 1 — Calculer un indicateur A1–A3 (guidé)
Calculer l'indicateur du modèle pour chaque élément :
Calculer l'indicateur du modèle pour chaque élément :
- 10 kg de chêne massif : \(E = 10 \times 0{,}5 = \ldots\) kg CO2e
- 5 kg d'aluminium primaire : \(E = \ldots\) kg CO2e
- 8 kg de PVC : \(E = \ldots\) kg CO2e
- 20 kg de verre : \(E = \ldots\) kg CO2e
- \(10 \times 0{,}5 = 5\) kg CO2e
- \(5 \times 8{,}0 = 40\) kg CO2e
- \(8 \times 3{,}1 = 24{,}8\) kg CO2e
- \(20 \times 1{,}2 = 24\) kg CO2e
Socle
Exercice 2 — Classer les matériaux (guidé)
Classer les matériaux du coefficient A1–A3 fourni le plus faible au plus élevé :
Aluminium primaire — Bois massif — PVC — Acier — Aluminium recyclé
Classer les matériaux du coefficient A1–A3 fourni le plus faible au plus élevé :
Aluminium primaire — Bois massif — PVC — Acier — Aluminium recyclé
- Bois massif (0,5) < Alu recyclé (1,0) < Acier (2,3) < PVC (3,1) < Alu primaire (8,0)
Socle
Exercice 3 — Comparer bois et alu pour un volet (guidé)
Un volet battant en bois pèse 12 kg. Le même volet en aluminium pèse 8 kg.
Un volet battant en bois pèse 12 kg. Le même volet en aluminium pèse 8 kg.
- Calculer l'indicateur A1–A3 du volet bois.
- Calculer l'indicateur A1–A3 du volet aluminium.
- Quel résultat est le plus faible dans ce modèle ? Calculer le rapport entre les deux.
- Bois : \(12 \times 0{,}5 = 6\) kg CO2e
- Aluminium : \(8 \times 8{,}0 = 64\) kg CO2e
- Le résultat du bois est plus faible dans le jeu fourni ; le rapport vaut \(64/6 = 10{,}7\). Une conclusion environnementale sur les volets complets demanderait leurs FDES et le même service rendu.
Socle
Exercice 4 — Aluminium primaire vs recyclé (guidé)
Un cadre de fenêtre en aluminium pèse 15 kg.
Un cadre de fenêtre en aluminium pèse 15 kg.
- Calculer l'indicateur du scénario aluminium primaire (f = 8,0).
- Calculer l'indicateur du scénario aluminium recyclé (f = 1,0).
- Quel est l'écart en kg CO2e ? En pourcentage ?
- Primaire : \(15 \times 8{,}0 = 120\) kg CO2e
- Recyclé : \(15 \times 1{,}0 = 15\) kg CO2e
- Écart du modèle : \(120 - 15 = 105\) kg CO2e, soit \(105/120 \times 100 = 87{,}5\) %.
Standard
Exercice 5 — Bilan carbone d'une fenêtre complète
Une fenêtre complète en bois est composée de :
• Cadre en chêne massif : 25 kg
• Double vitrage : 30 kg
• Quincaillerie acier : 2 kg
Une fenêtre complète en bois est composée de :
• Cadre en chêne massif : 25 kg
• Double vitrage : 30 kg
• Quincaillerie acier : 2 kg
- Calculer l'indicateur A1–A3 de chaque composant.
- Calculer l'indicateur total simplifié de la fenêtre.
- Quel composant contribue le plus aux émissions ? Quel pourcentage du total ?
- Cadre : \(25 \times 0{,}5 = 12{,}5\) kg CO2e
Vitrage : \(30 \times 1{,}2 = 36\) kg CO2e
Quincaillerie : \(2 \times 2{,}3 = 4{,}6\) kg CO2e - Total du modèle A1–A3 : \(12{,}5 + 36 + 4{,}6 = 53{,}1\) kg CO2e
- Le vitrage contribue le plus : \(36/53{,}1 \times 100 = 67{,}8\) % du total.
Standard
Exercice 6 — 20 fenêtres : bois vs aluminium
On reprend la mise en situation. Pour 20 fenêtres identiques :
On reprend la mise en situation. Pour 20 fenêtres identiques :
| Composant | Fenêtre bois | Fenêtre alu |
|---|---|---|
| Cadre | 25 kg chêne | 15 kg alu primaire |
| Vitrage | 30 kg verre | 30 kg verre |
| Quincaillerie | 2 kg acier | 2 kg acier |
- Calculer l'indicateur A1–A3 simplifié d'une fenêtre bois et d'une fenêtre aluminium.
- Calculer le total pour les 20 fenêtres dans chaque cas.
- Calculer l'écart entre les deux scénarios.
- Convertir cet écart en tonnes de CO2e.
- Fenêtre bois : \(12{,}5 + 36 + 4{,}6 = 53{,}1\) kg CO2e
Fenêtre aluminium : \(120 + 36 + 4{,}6 = 160{,}6\) kg CO2e - 20 fenêtres bois : \(1\,062\) kg CO2e ; 20 fenêtres aluminium : \(3\,212\) kg CO2e.
- Écart du jeu de données : \(3\,212 - 1\,062 = 2\,150\) kg CO2e.
- \(2\,150 / 1\,000 = 2{,}15\) t CO2e. Il faut les FDES des fenêtres complètes avant d'annoncer cet écart dans l'appel d'offres.
Standard
Exercice 7 — Équivalence en kilomètres parcourus
Pour cette conversion d'ordre de grandeur, on fournit une émission de 120 g CO2/km.
Pour cette conversion d'ordre de grandeur, on fournit une émission de 120 g CO2/km.
- Convertir 120 g/km en kg/km.
- L'écart du modèle vaut 2 150 kg CO2e (exercice 6). À combien de kilomètres cela correspond-il avec le facteur fourni ?
- À combien d'allers-retours Paris–Marseille (780 km l'aller) cela équivaut-il ?
- \(120\) g/km = \(0{,}120\) kg/km
- \(2\,150 / 0{,}120 = 17\,917\) km
- Un aller-retour = \(2 \times 780 = 1\,560\) km. \(17\,917 / 1\,560 = 11{,}5\) allers-retours → environ 11 Paris-Marseille en voiture.
Approfondissement
Exercice 8 — Stockage carbone du bois
Pour comprendre l'ordre de grandeur du carbone biogénique, on fournit : 1 m³ de bois contient l'équivalent de 900 kg CO2 et la masse volumique du chêne vaut 720 kg/m³.
Pour comprendre l'ordre de grandeur du carbone biogénique, on fournit : 1 m³ de bois contient l'équivalent de 900 kg CO2 et la masse volumique du chêne vaut 720 kg/m³.
- Calculer la masse de CO2 biogénique par kg de chêne : \(900 / 720 = \ldots\) kg CO2/kg bois.
- Pour 20 fenêtres bois (cadre de 25 kg chacune), calculer la masse totale de bois.
- Calculer la masse de CO2 biogénique contenue dans les 20 cadres.
- Peut-on la soustraire directement au résultat A1–A3 de l'exercice 6 pour conclure sur le cycle de vie ? Justifier.
- \(900 / 720 = 1{,}25\) kg CO2/kg bois
- \(20 \times 25 = 500\) kg de chêne
- \(500 \times 1{,}25 = 625\) kg CO2 biogénique.
- Non. Le résultat de fabrication ne couvre pas la fin de vie, où le carbone peut être restitué. La FDES comptabilise séparément les flux biogéniques et les modules du cycle de vie ; elle doit être lue dans son ensemble.
Approfondissement
Exercice 9 — Bois vs PVC vs aluminium — analyse complète
Un client hésite entre trois matériaux pour 10 fenêtres standard :
Un client hésite entre trois matériaux pour 10 fenêtres standard :
| Bois chêne | PVC | Alu primaire | |
|---|---|---|---|
| Masse cadre | 25 kg | 20 kg | 15 kg |
| Prix unitaire | 450 € | 300 € | 550 € |
| Durée de vie | 50 ans | 30 ans | 40 ans |
- Calculer l'indicateur A1–A3 des 10 cadres pour chaque matériau (sans le vitrage).
- Calculer le coût total pour les 10 fenêtres.
- Calculer le coût par année de vie (€/an) pour chaque matériau.
- Quel choix ressort du jeu de données fourni ? Quelles informations manquent avant un choix professionnel ?
- Bois : \(10 \times 25 \times 0{,}5 = 125\) kg CO2e
PVC : \(10 \times 20 \times 3{,}1 = 620\) kg CO2e
Aluminium : \(10 \times 15 \times 8{,}0 = 1\,200\) kg CO2e - Bois : \(10 \times 450 = 4\,500\) € PVC : \(10 \times 300 = 3\,000\) € Alu : \(10 \times 550 = 5\,500\) €
- Bois : \(4\,500 / 50 = 90\) €/an PVC : \(3\,000 / 30 = 100\) €/an Alu : \(5\,500 / 40 = 137{,}5\) €/an
- Avec les seules hypothèses fournies, le bois a le plus faible indicateur A1–A3 et le plus faible quotient prix/durée. Avant un choix réel, il manque au minimum les FDES des fenêtres complètes, les performances d'usage, l'entretien, la durée de vie justifiée et les coûts réels.
Approfondissement
Exercice 10 — Rédiger une note environnementale vérifiable
Rédiger une courte note (5 à 8 lignes) qu'un menuisier agenceur pourrait joindre à une offre. La note doit contenir :
• Au moins deux données chiffrées
• Le périmètre A1–A3 du calcul
• Les documents à vérifier avant de comparer les produits
Rédiger une courte note (5 à 8 lignes) qu'un menuisier agenceur pourrait joindre à une offre. La note doit contenir :
• Au moins deux données chiffrées
• Le périmètre A1–A3 du calcul
• Les documents à vérifier avant de comparer les produits
- Exemple de correction :
« Dans le jeu de données pédagogique A1–A3, le cadre bois obtient 12,5 kg CO2e et le cadre aluminium 120 kg CO2e. Ces résultats portent seulement sur la production et ne décrivent pas les fenêtres complètes. Pour l'offre réelle, nous comparerons les FDES des produits pour la même unité fonctionnelle et la même durée de vie de référence. Nous vérifierons aussi le vitrage, la quincaillerie, le transport, l'entretien et la fin de vie. Le carbone biogénique du bois sera repris tel qu'il est comptabilisé dans la FDES, sans le soustraire isolément. »
Sources et limites du modèle
- INIES — FDES des produits de construction
- INIES — périmètre, modules et usage des données environnementales
- INIES — indicateur de changement climatique des FDES et des PEP
- INIES — indicateur de stockage de carbone biogénique
- Référentiel du baccalauréat professionnel Technicien menuisier-agenceur — S1.2 et C2.12
Les coefficients, masses, prix et durées de vie de la page forment un jeu de données fictif destiné au calcul. Une réponse à un marché doit s'appuyer sur les FDES des produits réellement proposés et sur un périmètre de comparaison commun.