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Construire tout en respectant l’environnement est un objectif qui ne date pas d’hier mais qui a pris de l’ampleur ces dernières années surtout au sein des pays plus aisés de l’Union Européenne. Les constructions dites écologiques se multiplient grâce notamment à des techniques et des matériaux devenus bien plus abordables. Il n’est ainsi plus rare de croiser des maisons équipées de panneaux solaires voire de chauffage géothermique. Mais de nos jours d’autres types de bâtiments concentrent les efforts des architectes et ingénieurs. En effet une maison représente une surface et une consommation énergétique bien plus petite qu’un bâtiment à vocation plus publique comme un édifice de bureaux. Ceux-ci regorgent d’appareils (ordinateurs, serveurs) qui en grand nombre consomment énormément d’énergie sans compter l’éclairage, allumé de façon quasi-permanente. Faire en sorte que ce type d’édifice obtienne une certification écologique est donc un challenge assez ardu. Mais le rendre indépendant d’un point de vue énergétique est encore plus difficile. C’est pourtant ce que les concepteurs du complexe de bureaux Solar XXI ont tenté de faire. Cette immeuble construit en 2006, est situé sur le campus LNEG (le laboratoire national de l’énergie et de la géologie) à l’est de Lisbonne et est un projet- concept financé avec l’aide d’une agence de l’Union Européenne. Le but de celui-ci est d’être un exemple de construction NZEB (Net Zero Energy Building) pour les pays du sud de l’Europe mais est-ce qu’il atteint son objectif? Ce bâtiment de deux étages est ainsi très intéressant puisque bien que s’agissant d’un concept, il est bel et bien occupé et utilisé depuis sa construction, ce qui a permis la récolte de nombreuses données permettant de mesurer l'efficacité de sa conception. Façade sud du bâtiment Numéro étudiant: 13168 Licence 1 (2012-13) UEL 112B Ethique, architecture et développement durable

Analyse Architecture Solar XXi

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Une analyse du bâtiment Solar Xxi au Portugal, faite en L1 d'architecture. Si jamais quelqu'un a besoin d'un bâtiment à étudier de l'aspect écologique et environnemental. Note 16/20.

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! Construire tout en respectant l’environnement est un objectif qui ne date pas d’hier mais qui a pris de l’ampleur ces dernières années surtout au sein des pays plus aisés de l’Union Européenne. Les constructions dites écologiques se multiplient grâce notamment à des techniques et des matériaux devenus bien plus abordables. Il n’est ainsi plus rare de croiser des maisons équipées de panneaux solaires voire de chauffage géothermique. Mais de nos jours d’autres types de bâtiments concentrent les efforts des architectes et ingénieurs. En effet une maison représente une surface et une consommation énergétique bien plus petite qu’un bâtiment à vocation plus publique comme un édifice de bureaux. Ceux-ci regorgent d’appareils (ordinateurs, serveurs) qui en grand nombre consomment énormément d’énergie sans compter l’éclairage, allumé de façon quasi-permanente. Faire en sorte que ce type d’édifice obtienne une certification écologique est donc un challenge assez ardu. Mais le rendre indépendant d’un point de vue énergétique est encore plus difficile. C’est pourtant ce que les concepteurs du complexe de bureaux Solar XXI ont tenté de faire. Cette immeuble construit en 2006, est situé sur le campus LNEG (le laboratoire national de l’énergie et de la géologie) à l’est de Lisbonne et est un projet-concept financé avec l’aide d’une agence de l’Union Européenne. Le but de celui-ci est d’être un exemple de construction NZEB (Net Zero Energy Building) pour les pays du sud de l’Europe mais est-ce qu’il atteint son objectif? Ce bâtiment de deux étages est ainsi très intéressant puisque bien que s’agissant d’un concept, il est bel et bien occupé et utilisé depuis sa construction, ce qui a permis la récolte de nombreuses données permettant de mesurer l'efficacité de sa conception.

Façade sud du bâtiment

Numéro étudiant: 13168Licence 1 (2012-13)UEL 112B

Ethique, architecture et développement durable

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! La conception de l’édifice repose en fait sur différents dispositifs qui alternent entre le chaud et le froid, l’ombre et la lumière afin de permettre à la fois le confort nécessaire aux usagers et la réalisation du statut NZEB. Commençons par évoquer le rôle du soleil et donc de la chaleur.

! Tout d’abord il faut essayer de comprendre le contexte du projet. Celui-ci est implanté dans une ville au climat le plus tempéré en Europe, où les excès de températures sont quasi inexistants dans un sens comme dans l’autre. En hiver, les températures passent ainsi rarement en dessous des 5°C et en été rarement au dessus de 35°C. Mais le principal atout que présente cet endroit pour l’implémentation du projet est l'ensoleillement. En effet Lisbonne est une des capitales les plus ensoleillée (près de 3000h par an) en Europe ce qui offre des conditions optimales pour l’utilisation de panneaux photovoltaïques. ! Les panneaux utilisés dans ce projet sont de type BIPV-T (Building Integrated Photovoltaic Thermal System ou Système Photovoltaïque Thermique Intégré au Bâtiment). C’est sous cette dénomination que l’on place les panneaux qui font partie intégrante de l’enveloppe du bâtiment au lieu d’être simplement posés sur une surface plane comme un toit. Pour Solar XXI, un grand nombre de ce type de panneaux est utilisé car ils recouvrent la moitié de la surface sud. Cette orientation est un élément très important de tout type d’édifice se voulant écologique. En effet, cela permet aux panneaux solaires de capter un maximum de rayons lumineux tout en jouant un double rôle chauffant et rafraîchissant. Ainsi l’intérieur reste frais en été car le soleil est plus haut alors qu’il sera réchauffé par les rayons tapant plus bas en hiver. On voit donc que cette simple question de l’orientation de la façade principale peut déjà avoir un impact non négligeable sur la consommation d’énergie. Le principal intérêt de cette méthode étant un meilleur captage de la lumière en hiver. Les panneaux solaires fournissent ainsi la quasi-totalité de l’énergie requise pour le fonctionnement du bâtiment à savoir près de 12000 kWh/an.

! Cependant, en plus de s e r v i r à l a p r o d u c t i o n d'électricité, les panneaux solaires ont un autre rôle lié à la chaleur. En effet la fonction de chauffage en hiver est entièrement assurée par un système ingénieux basé sur le fonctionnement des panneaux BIPV-T. Celui-ci est simple. Lorsque les panneaux solaires conver t issent les rayons lumineux en énergie, une forte chaleur se dégage. En temps normal, elle serait perdue mais

dans un cas comme celui-ci elle est en quelque sorte recyclée. Ainsi dans chaque salle de la façade sud on trouve deux ouvertures dans le mur. L’air frais de la salle entre par l’ouverture du bas et passe par un vide entre le mur et le panneau où il est réchauffé par la chaleur dégagée par celui-ci. L’air chaud (il peut atteindre des températures de 30°C) possède maintenant deux options. Il peut d’une part passer par l’ouverture du haut et revenir dans la salle soit rester à l’extérieur. En été, l’air frais de l’intérieur empêche toute la chaleur de rentrer, elle sort donc par une ouverture sur la façade. C’est donc un chauffage entièrement autonome et qui ne consomme rien du tout qui est présent ici.!

Schéma explicatif du fonctionnement du système chauffant

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! C’est ainsi que la chaleur, qu’elle soit naturelle ou artificielle, est utilisée de manière intelligente par le dispositif thermique du bâtiment. Or, il faut également pouvoir faire baisser la température à l’intérieur des bureaux et bien sûr correctement les ventiler.

! Pour y parvenir sans avoir recours aux traditionnelles solutions utilisant l’air conditionné, ce qui consomme beaucoup trop d’énergie, les architectes ont élaboré trois systèmes. ! Le premier et certainement le plus innovant est un système de refroidissement terrestre. On peut voir dans ce dispositif certaines ressemblances avec le chauffage géothermique, méthode consistant à insérer des tubes dans le sol afin de capter la chaleur naturelle de la Terre. Néanmoins, ce système là n’utilise pas la Terre comme source de fraicheur mais plutôt comme moyen de refroidissement. A une quinzaine de mètre de l’entrée de l’édifice, on trouve un rehaussement du terrain qui recouvre en fait un espace entouré d’une grille. C’est à cet endroit là que se trouve le bout du conduit d’air froid. En fait, l’espace au bout agit comme capteur de l’air ambiante. L’air capté rentre ensuite dans une trentaine de tubes reliés chacun à différentes pièces du bâtiment. Ces tubes ont la particularité d’être enterrés à presque cinq mètres sous terre. A cet profondeur la température est relativement constante, de l’ordre de 16 degrés en moyenne, l’air en été est donc refroidi de quelques degrés avant d’être réinjecté dans les bureaux. Encore une fois, comme dans le cas du chauffage, il s’agit d’un système totalement autonome qui ne nécessite aucun apport énergétique direct. Il ferme en quelque sorte la boucle, puisque les deux systèmes peuvent se compenser, l’un procurant l’air frais à l’autre qui le chauffe. On obtient au final une sorte d’écosystème, un endroit auto-régulant permettant de bénéficier d’une température constante toute l’année. ! Les échanges d’air au sein du bâtiment quant à eux sont permis par un dispositif de ventilation tout simple qui constitue en fait la pierre angulaire du système de refroidissement/chauffage. C’est pour cela que différents types d’ouvertures ont été ajoutés à l’édifice. Les échanges d’air avec l’extérieur sont ainsi assurés par un tandem composé des ouvertures sur la façade évoquées plus haut mais aussi d’une série d’ouvertures horizontales disposées au dessus des portes d’accès à chaque salle. Mais l’élément le plus important du dispositif est le hall central qui regroupe tous les flux d’air et qui entraine (grâce à sa hauteur et à des fenêtres donnant sur le toit) le phénomène du tirage thermique. Celui-ci existe car sous les effets de la poussée d’Archimède, on assiste à une montée de l’air chaud, idéal en été donc. De plus, le hall capte la lumière zénithale et la redistribue à chacune des salles grâces aux ouvertures au dessus des portes. Le dispositif de ventilation est donc également un capteur de lumière naturelle, permettant une nouvelle fois d’importantes économies d'énergies. ! Enfin, un troisième élément participant à garder une température agréable au sein du bâtiment. Il s’agit tout simplement de l’utilisation de stores sur chaque fenêtre. En effet, moins les rayons lumineux tapent fort sur les fenêtres moins la température augmentera. La présence de stores est donc un confort indéniable puisqu’il s’agit en plus d’un dispositif modulable à souhait par l’utilisateur qui peut définir l’intensité de la lumière que va recevoir la pièce dans laquelle il se trouve.

! Avec autant de dispositifs de réduction de la consommation énergétique, le bâtiment est en très bonne route pour atteindre le statut NZEB. Les chiffres les plus récents, datant de l’année 2011 démontre ainsi une consommation électrique totale de 43 kWh/m2 alors que l’ensemble des panneaux photovoltaïque (sur la façade mais aussi sur le toit des quelques places de parkings) ont produit près de 36 kWh/m2. Le bâtiment utilise une variété d’éléments pour tenter d’offrir une solution répondant à la fois aux normes environnementales les plus soutenues et aux attentes des usagers. Bien que certains

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aspects donnent l’impression qu’il s’agit d’un bâtiment high-tech, on peut remarquer que beaucoup d'éléments ont un fonctionnement tout à fait basique comme les tubes refroidissant l’air sous la terre. De même le système de ventilation est uniquement basé sur un certains nombre d’ouvertures, aucune partie mécanique n’intervient. Il est assez amusant de constater que la réalisation de ce type de dispositif écologique peut dans certains cas être plus facile que l’installation d’une chaîne complexe de climatisation. De plus, les systèmes présents sont pour ainsi dire infaillible, seuls les panneaux solaires pouvant nécessiter une assistance technique importante. ! Il faut néanmoins constater qu’on n’est pas face à une solution globale pour ce type de bâtiment. Si ce concept se prête très bien à des climats chauds ou plutôt tempérés comme ceux que l’on trouvent en Italie voir en Grèce (quoique les variations de températures y sont beaucoup plus grandes), il ne pourrait pas nécessairement en être de même dans les pays plus au nord. En effet, la consommation d’énergie y est beaucoup plus importante la faute à des journées plus courtes mais aussi à des hivers bien plus longs. En tout cas, ce projet-concept offre déjà une belle matérialisation des possibilités dans le domaine, et il est certain que le concept est adaptable à d’autres contrées bien qu’il cible plutôt les pays du sud.

Sources:

- Visite du bâtiment pendant les vacances de février 2013

Articles et brochures (portugais):http://www.dn.pt/inicio/ciencia/interior.aspx?content_id=1247676&seccao=Biosferahttp://www.lneg.pt/download/4078/BrochuraSolarXXI_Dezembro2005.pdfhttp://www.iefp.pt/formacao/formadores/formacao/OfertaFormadores/Encontros/Documents/EncontroTecnicoSectorial_NovosMateriaisConstrucaoCivilSustentavel/Painel_02_02_INETI_Arq_Mariz_Graca.pdf

Brochures (anglais): http://www.buildup.eu/cases/25139http://repositorium.sdum.uminho.pt/bitstream/1822/12978/1/Assessment%20of%20Solar%20XXI%20Building%20Sustainability%20by%20SBTool.pdf

Information complémentaires: http://www.cehq.org/les-bipv-t-et-la-maison-ecoterra-tm-_ws33894.wsblhttp://fr.wikipedia.org/wiki/Tirage_thermique

Photos: extraites des brochures