Recherche architecturale et ma trise nerg tique · faible en France que dans dÕautres pays, essentiellement cause de la production d' nergie lectrique d'origine nucl aire. Quand

PREBAT

Programme de recherche sur l’énergie dans le bâtiment

Recherche architecturale et maîtrise énergétique

Compte-rendu du séminaire

1er février 2007 Les Grands Ateliers de l’Isle d’Abeau

Séminaire de travail « Recherche architecturale et maîtrise énergétique » - Les Grands Ateliers de l’Isle d’Abeau – Jeudi 1er Février 2007

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Sommaire

Introduction Les enjeux de la prise en compte de la maîtrise énergétique dans la recherche, la formation et la pratique en architecture Michel Macary, président du Comité Bâtiments Neufs du PREBAT Nicolas Tixier, ministère de la Culture et de la Communication (DAPA-BRAUP) Les objectifs généraux du PREBAT et les enjeux de la recherche et de l’expérimentation sur les bâtiments neufs François Buyle-Bodin, MTETM / DRAST Les Grands Ateliers de l’Isle d’Abeau Myriam Olivier, directrice des Grands Ateliers de l’Isle d’Abeau Panorama des recherches récentes et/ou en cours dans les unités de recherche des Écoles Nationales Supérieures d’Architecture – ouverture à d’autres institutions Animateur, Nicolas Tixier GRECAU ENSA Toulouse, Alain Chatelet et Frédéric Bonneaud ABC ENSA Marseille, Jean-Louis Izard CRISTO Université Grenoble II, Éric Henry et Gilles Debizet LTMU Université Paris VIII, Mindjid Maizia ESTIA Lausanne, Bernard Paule CERMA ENSA Nantes, Christian Marenne et Virginie Meunier Témoignages : comment penser « zéro énergie » dès la conception ? Les enjeux de la réalisation de bâtiments à bilan énergétique équilibré Étienne Wurtz, INES Chambéry Optimiser la conception pour les bâtiments à énergie positive Jean-Robert Millet, CSTB La conception bioclimatique Pierre Lavigne, ex ENSA Grenoble Les ruptures nécessaires Daniel Quenard, CSTB Des points forts du débat… Comment favoriser l’implication et la mobilisation des enseignants, des chercheurs et des professionnels de l’architecture en faveur des bâtiments à bilan énergétique équilibré

Animateur, Étienne Wurtz Participants : Jean-Robert Millet (CSTB), Pierre Lavigne (ex ENSA Grenoble), Jean-Claude Bignon (ENSA Nancy), Christian Marenne (ENSA Nantes), Myriam Olivier (GAIA), Jean-Jacques Delétré (ex ENSA Grenoble) et Daniel Quenard (CSTB).

…aux actions à poursuivre François Buyle-Bodin – Étienne Wurtz

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Introduction

Les enjeux de la prise en compte de la maîtrise énergétique dans la recherche, la formation et la pratique en architecture

Michel Macary Architecte, président du Comité Bâtiments Neufs du PREBAT.

Les pouvoirs publics ont pris des engagements en matière de lutte contre le changement climatique et l'émission de gaz à effet de serre. Ces engagements se sont concrétisés par le lancement d'un grand programme de recherche de maîtrise de l'énergie dans le bâtiment, le PREBAT, qui est soutenu par cinq agences publiques et cinq ministères. À l’occasion de la mise en place de ce vaste programme de recherche, Alain Maugard, président du CSTB, et Michèle Tilmont, secrétaire permanente du PUCA, ont souhaité que le sujet fasse l'objet d'un croisement des regards et des pratiques, en mêlant étroitement problématiques de recherche et pratiques des professionnels de l'architecture. Il s'agit d'un challenge auquel je crois, qui peut être relevé avec le concours de tous ceux qui portent la recherche énergétique et de tous ceux qui, comme le BRAUP, veillent au développement de la recherche en architecture. Je salue aussi les Grands Ateliers qui nous accueillent, où sont réunis et formés des architectes, des ingénieurs, qui constituent aussi un lieu privilégié pour l'expérimentation, indispensable dans le domaine de la construction pour mettre en oeuvre les résultats des travaux de recherche. Cette rencontre rejoint toutes ces préoccupations : maîtrise de l'énergie, conception architecturale, opérations expérimentales, échanges de pratiques, formation... Je sais que ces sujets ont pour vous une résonance toute particulière, faisons en sorte d'avancer ensemble sur ce chemin, pour répondre à l'un des principaux défis que doit relever le secteur de la construction qui, pour être durable, doit être performant énergétiquement.

Nicolas Tixier Chargé de mission scientifique au bureau de la Recherche architecturale, urbaine et paysagère à la DAPA, ministère de la Culture et de la Communication.

L’efficacité énergétique qui atteste d’une conscience environnementale peut-elle relever à la fois de la pensée technique et de la pensée architecturale ? À travers le prisme des écoles nationales supérieures d’architecture et de leurs unités de recherches, trois questions principales sont posées par ce séminaire :

- Comment la pratique du projet et plus particulièrement son enseignement intègre les préoccupations environnementales aujourd’hui devenues majeures ? Quelles connaissances et quels outils sont à leur disposition ?

- Quels sont les acquis de la recherche architecturale mais aussi urbaine en la matière, et

sur quels axes de recherche œuvrent les travaux en cours ?

- En fonction de ce panorama, quels travaux, quelles actions paraissent urgents d’être menés, tant sur le plan de l’innovation et de l’ingénierie pédagogique, que sur celui des relations entre disciplines et acteurs du bâtiment, que sur celui de la recherche architecturale ?

Pour ce séminaire, initié par le PREBAT, nous avons sollicité les unités de recherche des écoles d’architecture qui travaillent sur l’énergétique, et ce depuis de nombreuses années pour certaines. Nous avons aussi invité un ensemble de personnes, enseignants, praticiens, qui se préoccupent de la prise en compte de l’efficacité énergétique dans l’enseignement et dans la pratique du projet. C’est ainsi que nous écouterons ce matin 6 présentations issues d’équipes différentes permettant de dresser un premier panorama de la recherche architecturale sur les questions d’efficacité énergétique.


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Présentation de la structuration de la recherche architecturale, urbaine et paysagère La recherche institutionnelle. Elle est composée de 40 unités de recherche et de 6 réseaux scientifiques pour l’ensemble des 20 écoles nationales supérieures d’architecture. Certaines de ces unités sont aussi membre d’une UMR CNRS / MCC. Parmi ces équipes, certaines travaillent depuis plus de 20 ans sur les enjeux énergétiques : le laboratoire ABC à Marseille, le Cerma à Nantes, le Grecau à Toulouse. La recherche incitative. Il s’agit d’appels à propositions de recherches ouverts. Ils ont comme objectifs d’initier ou de prolonger des recherches sur des thèmes précis, mais aussi d’inciter de nouvelles collaborations entre disciplines, en France comme à l’étranger, et créer de nouvelles alliances entre profession (recherche, enseignement, pratique). Menés avec d’autres partenaires, ils proposent en général plusieurs sessions. Les deux appels d’offres en cours sont « Art, architecture et paysages » et « L’architecture de la grande échelle ». Un des enjeux de ce séminaire « Recherche architecturale et maîtrise énergétique » est de pouvoir construire un nouvel appel à propositions sur ce thème en collaboration avec le PREBAT. La valorisation, la diffusion des productions du savoir. Cette partie consiste à favoriser la valorisation et la diffusion de la recherche par l’aide à l’édition d’ouvrage, l’aide à l’organisation de colloques, de séminaires, la mise en ligne de site internet, par la rédaction des Cahiers de la recherche architecturale et urbaine… La recherche doctorale. Il s’agit du développement au sein des unités de recherche des écoles d’architecture, des doctorats en architecture. Depuis août 2005, par décret, les écoles nationales supérieures d’architecture vont pouvoir, dans un futur très proche, inscrire et délivrer des doctorats en architecture.

Les objectifs généraux du PREBAT et les enjeux de la recherche et de l’expérimentation sur les bâtiments neufs

François Buyle-Bodin MTETM / DRAST Le PREBAT est né du « Plan Climat ». Il y a une filiation qu’il faut bien garder à l’esprit : le Plan Climat est lié au changement climatique, le changement climatique est lié aux gaz à effet de serre, les gaz à effet de serre sont liés à la combustion d’énergies fossiles. La combustion d’énergies fossiles est liée à trois grands secteurs et parmi ces secteurs, le secteur du bâtiment au sens large. C'est-à-dire les logements et les bâtiments tertiaires. L’énergie consommée dans le bâtiment Le bâtiment représente 47% de l'énergie consommée, les transports 25%. Il est responsable de 20% des émissions de gaz à effet de serre au niveau national, ce qui est une moyenne relativement plus faible en France que dans d’autres pays, essentiellement à cause de la production d'énergie électrique d'origine nucléaire. Quand on parle de la consommation du bâtiment, on ne parle pas que du chauffage, qui représente 50% de cette consommation, mais aussi de l’électricité spécifique, qui représente 30%. Le bâtiment présente donc potentiellement les gisements d'économies les plus facilement accessibles. Les objectifs L’objectif c’est le « facteur 4 », la division par quatre des émissions de gaz à effet de serre à l’horizon 2050 à confort et à services rendus équivalents. Les bâtiments existants constituent un énorme gisement car la majeure partie du parc bâti a été construite avant les premières réglementations thermiques ; il y a là des gouffres en énergie pour lesquels on peut relativement facilement obtenir des résultats dans des délais raisonnables. Ce qui ne nous empêche pas de penser aux bâtiments neufs et aux bâtiments du futur.


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Quelques chiffres. Pour les bâtiments existants, on vise, pour le chauffage seul, à terme, les 50 kWh/m! et par an. Pour les bâtiments neufs de demain c’est aussi 50 kWh/m!/an, pour tous les usages. L’objectif à terme est de construire et rénover des bâtiments produisant plus d’énergie qu’ils n’en consomment. 50 kWh/m!/an c’est une ambition raisonnable de court terme. Aujourd’hui, il faut aussi réfléchir à ce qui va se faire après demain. L’ambition de moyen terme, c’est ce que certains appellent les « bâtiments à énergie positive », ce que d’autres appellent les « bâtiments autonomes en énergie ». L’objectif d’une réunion comme celle d’aujourd’hui, est surtout de faire démarrer un programme de recherche dans lequel il y aura en partenariat des chercheurs-architectes, des chercheurs-ingénieurs et des architectes « non chercheurs ». Le PREBAT Le PREBAT est un programme ambitieux, 5 ministères, 5 agences, des moyens financiers. Il lance des appels à projet qui sont moteurs dans la recherche. Notre ambition c’est, l’année prochaine, de faire en sorte que nous puissions lancer un programme de recherche multipartenaires, avec des architectes et des chercheurs pour réfléchir, préfigurer, établir des méthodologies de conception des bâtiments à énergie positive.

Il y a un comité stratégique et d’animation qui coordonne quatre comités thématiques : les comités bâtiments neufs et bâtiments existants, le comité technologie et le comité socio-éco. Les objectifs généraux du protocole signé entres les ministères et les agences sont :

- Proposer des solutions pour les bâtiments nouveaux avec des performances remarquables.

- Définir des concepts cibles pour des bâtiments à énergie positive. - Mettre en place les étapes qui en permettront les accès.

Les objectifs d’action au comité bâtiments neufs (CBN) Renouveler la conception des bâtiments. Il faut renouveler la conception des bâtiments en favorisant une approche d’ensemble globale. Le bâtiment est un assemblage et pour faire un bon bâtiment il faut de bons assembleurs. Intégrer des exigences en terme de qualité architecturale et de qualité d’usages. C'est une exigence très forte parce que l’objectif n’est pas de faire des bâtiments des objets techniques extrêmement performants, déréglables par le premier usager venu. Favoriser le rapprochement architectes / ingénieurs. Aujourd’hui, ce séminaire de travail montre que cette dynamique existe. Développer une offre de formation adaptée. Le bâtiment du futur ne fonctionnera que si les concepteurs et les constructeurs du futur ont intégré toute cette complexité. Les concepteurs et les constructeurs du futur sont les étudiants d’aujourd’hui. Prévoir, dès la conception, la mesure et le suivi de la performance. On a des règlements qui affichent des objectifs, mais peu de personnes sont allées vérifier si les performances imposées par les règlements étaient atteintes. Il faut commencer par asseoir et valider les performances que l’on pense avoir atteintes aujourd’hui pour viser des performances plus ambitieuses. Montrer ce qui est remarquable, instrumenté et faire un retour sur la recherche. Dans notre secteur, il est évident que la démonstration est fondamentale. On a beaucoup d’inventeurs et de systèmes, mais c’est la sanction de l’usage qui va montrer si l’innovation est pertinente et surtout si elle est fiable, viable et durable. Pour cela il faut réaliser ou identifier dans ce qui est en cours de réalisation ce qui est remarquable, instrumenter pour vérifier et quantifier la valeur des indicateurs et, si des indicateurs sont défaillants, faire un retour vers la recherche pour que la fois suivante les indicateurs soient plus performants. En 2007 des échanges d’expériences, des rencontres interdisciplinaires, des rapprochements avec d’autres thèmes de recherche seront organisés. Des études exploratoires en amont des appels à projet vont être lancées prochainement.


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Plusieurs étapes sont envisagées : - Le rapprochement du PREBAT et des équipes de recherche

architecturale. C’est l'essence de notre rencontre d'aujourd'hui. - L’action commune : recherche architecturale et recherche énergétique.

C’est ce qui devrait sortir de nos réflexions. - Les actions communes liées au projet architectural. - Les actions liées à la formation.

Aujourd’hui, nous nous donnons comme ambition de tracer les voies qui nous permettront d'aller plus loin dans les champs de la conception et de la maîtrise de l’énergie et dans celui de la conception de bâtiments autonomes en énergie, et d'esquisser les actions à développer pour entraîner chercheurs, enseignants et professionnels.

Les Grands Ateliers de l’Isle d’Abeau (GAIA) Myriam Olivier, directrice des GAIA. Les Grands Ateliers de l’Isle d’Abeau sont une structure qui n’existe nulle part ailleurs, ni en France, ni en Europe, ni en Amérique du Nord. Les GAIA accueillent des groupes de tous ces pays. Les Grands Ateliers on été construits pour remplir un morceau de la filière qui va de la formation jusqu’au professionnel en passant par la recherche et l’enseignement, pour répondre à deux constats. Le premier constat c’est se dire que dans les écoles, qu’elles soient d’art, d’architecture ou d’ingénierie, on a plus ou moins abandonné tout ce qui est approche physique et matérielle des espaces construits et habités. Les laboratoires ont disparu, les ateliers ont disparu, travailler sur des objets de quelques cm! ; ça n’est plus possible. Il y a eu le développement de tout le côté informatique de modélisation, de numérisation etc., qui a aidé à faire un tas de choses. Mais, d’un autre côté, on s’est éloigné de toute la partie approche physique et matérielle et donc aussi de toutes les approches métiers et savoir-faire de ces métiers. On a oublié ainsi, qu’en manipulant ces matériaux, on se rend compte qu’ils permettent autre chose, mais on ne peut le comprendre qu’une fois qu’on les a manipulés. Cette approche physique manquait. Le deuxième constat, c’est ce qui est dit depuis le début dans ce séminaire. Pour répondre actuellement aux enjeux du bâtiment, on ne peut plus faire travailler séparément les architectes, les ingénieurs, les artistes, les sociologues, les économistes. Toutes ces personnes travaillent autour du même objet qui est l’endroit où les gens vont habiter. Donc, il est bien nécessaire que tout le monde travaille ensemble. Ce qu’on essaie de développer ici c’est un espace à l’interface de tous ces gens-là, pour leur permettre de se rencontrer, d’échanger, de se comprendre. À la suite de quoi, il nous arrive des applications de projet, qui pour une partie se déroulent ici. Ces projets sont très variés, ils peuvent aussi bien être d’enseignement que d’expérimentation.


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Panorama des recherches récentes et/ou en cours dans les écoles nationales supérieures d’architecture Ouverture à d’autres institutions GRECAU – ABC – CRISTO - LTMU – Estia SA – CERMA


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GRECAU Alain Chatelet, enseignant-chercheur à l’ENSA Toulouse, biologiste, directeur du GRECAU Frédéric Bonneau, enseignant-chercheur à l’ENSAT GRECAU, Groupe de Recherche Environnement Conception en Architecture et Urbanisme École Nationale Supérieure d’Architecture de Toulouse (ENSAT) L’objectif du travail de recherche du GRECAU est d’apporter de l’aide, à travers des outils et des méthodes, les plus pratiques et les plus adaptées possible, autant au concepteur qu’à la maîtrise d’ouvrage, et qu’à l’enseignement. Ce groupe développe 3 axes de recherche :

- Les villes durables : étude des pratiques et des savoir-faire urbains. Mise en perspective à travers l’évaluation environnementale, travail sur les systèmes d’indicateurs utilisant des SIG

- Ambiances et confort des espaces construits, aussi bien les espaces intérieurs qu’extérieurs, à l’intérieur du bâtiment que dans l’espace public

- Transposition des outils et méthodes pour le projet : thème transversal qui reprend des éléments des deux autres axes. Mise en place ou création d’outils et de méthodes pour le projet

Le GRECAU participe à la thématique d’enseignement de l’ENSAT intitulé « Développement durable, édifices, entités urbaines, paysage » et au module d’ouverture intitulé « Architecture environnementale » avec l’INSA de Toulouse. Il intervient autour de la question de l’architecture à faible impact environnemental et du développement urbain durable. La recherche sur l’efficacité énergétique au sein du GRECAU Les recherches du GRECAU visent de plus en plus à être efficaces dans les projets de bâtiments ou les projets urbains, dès le démarrage des processus de conception, pour que le projet débute sur des orientations saines. Cela en terme de savoir-faire et de méthodes rapides, efficaces et compréhensibles par des personnes qui n’ont pas une expérience poussée de l’efficacité énergétique. 3 thématiques à travers 3 recherches

- Qualification énergétique et environnementale des concepts architecturaux. Visite des concepts qui ressortent régulièrement dans les projets et questionnement de ce que cela implique en terme de qualité environnementale et d’efficacité énergétique. La qualification énergétique et environnementale des concepts architecturaux sert à structurer l’enseignement d’" des étudiants de l’ENSA de Toulouse dans la mise en place d’un concept à partir d’une analyse de site, en ayant connaissance des avantages et des inconvénients en terme d’efficacité énergétique. Elle a permis aussi le développement du bureau d’étude ADENDA, une structure d’AMO HQE très visée dans le sud-ouest de la France.

- Morphologie et coût global. Réponse au contexte toulousain du développement colossal

de l’activité tertiaire. Groupement de deux promoteurs privés et du GRECAU pour accompagner la réalisation de 50 000 m! de bureaux. L’objectif : observer et faire sauter les verrous au niveau des jeux d’acteurs, pour que les questions d’efficacité énergétique visées dès le départ ne soient pas contrariées dans la mise en œuvre du projet. Analyse fine des savoir-faire techniques afin d’observer lesquels vont être efficaces et opérationnels, auprès de quels acteurs, à quelle phase de conception et avec une approche coût global.

- Implication des matériaux. Programme qui vise à accompagner des réhabilitations de

logements sociaux, en regardant le plus finement possible quelles vont être les conséquences des choix de matériaux et de dispositifs techniques qui vont constituer l’enveloppe du bâtiment, au niveau du bilan carbone et de l’efficacité énergétique. Dans les opérations de réhabilitation, la gamme des matériaux accessibles est assez limitée. Quantifier la conséquence du choix de chaque type de menuiserie, de bardage, d’isolant etc. n’est pas évident. L’objectif : faire un outil le plus pragmatique possible à destination des concepteurs, pour avoir des indices suffisamment efficaces lorsqu’ils sont amenés à comparer différentes solutions techniques dès qu’ils mettent en place leur projet, et pour en connaître les conséquences.


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ABC Jean-Louis Izard, enseignant-chercheur, directeur du laboratoire ABC Laboratoire ABC École Nationale Supérieure d’Architecture de Marseille Le travail de recherche du laboratoire ABC porte sur le contrôle énergétique dans le projet d’architecture, avec un intérêt porté à la production du projet d’architecture. Une activité pédagogique concerne particulièrement la formation continue. Le laboratoire y mène un travail avec des professionnels de l’acte de bâtir, c'est-à-dire les architectes, les ingénieurs, les bureaux d’étude, les programmistes et les économistes. Cela, pour répondre à ce que demande la profession en terme de développement durable et de qualité environnementale. La formation traite au maximum le développement durable urbain à travers la question des éco-quartiers et du renouvellement urbain. Les enjeux et objectifs civiques Le problème posé est celui de la compétence des professionnels pour atteindre deux objectifs. Le premier est l’amélioration de 400 000 logements par an en visant une consommation de 50 kWh/m!/an. Le second est celui de la construction de logements neufs en visant les 15 kWh/m!/an. Pour atteindre ces objectifs, ABC défend le passage par des savoirs et des savoir-faire.

- Les savoirs : Attirer l’attention sur le confort d’été pour éviter la climatisation et prendre en compte le rôle du microclimat urbain. Leurs travaux sont basés sur la mesure à différentes échelles. La mesure sur des bâtiments courants ou expérimentaux, la mesure des effets de composants dans des cellules expérimentales, et la mesure des ambiances urbaines dont l’îlot de chaleur urbain.

- Les savoir-faire : Utiliser des outils légers pour dimensionner un projet, pour

diminuer les besoins en énergie et éviter la climatisation. Pour cela ABC cherche à établir des règles expertes dans le but de mettre en place des outils simplifiés qui vont intervenir dès l’esquisse, dès les premières décisions prises en commun par toute l’équipe de maîtrise d’œuvre. ABC développe deux approches : l’approche par simulation et surtout l’approche par statistique à partir de cas réels pour développer une base de données d’où on peut tirer des lois et des règles, « où la planète devient une aire expérimentale ». Le tout pour arriver à des indicateurs.

Les axes de recherche à privilégier

- Pour les savoirs : Engagement sur la mesure du microclimat urbain et le rôle du végétal urbain en été. Travail sur l’enrichissement des ACV des composants et des matériaux du bâtiment.

- Pour les savoir-faire : Recherche sur les corrélations entre indicateurs et

performances du bâtiment en saison chaude (hors consommation d’énergie) et sur la mise au point de règles expertes, particulièrement en thermique.


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CRISTO Éric Henry, ingénieur-chercheur au CNRS, enseignant, responsable d’une formation à la maîtrise d’ouvrage de construction et à la gestion de patrimoine à Grenoble, formation co-habilitée entre l’UJF (Université Jacques Fourier, Géni Civil) et l’ENSA Grenoble. Membre du laboratoire CRISTO. Gilles Debizet, enseignant-chercheur, laboratoire Territoires, UJF et ENSAG. Compétences, expertises et gestion de projet en construction durable Ce programme de recherche a été monté avec l’Université de Bristol suite à un appel d’offres du Plan Urbanisme Construction et Architecture (PUCA) et du RAMAU. Leur proposition était de travailler sur les notions de compétences et d’expertises à partir de projets de constructions durables, en essayant de raisonner sur les situations françaises, anglaises et également des Pays-Bas lors d’un voyage d’étude. L’équipe de cette recherche est une association de personnes de 3 laboratoires, CRISTO (Éric Henry) + Territoires (Gilles Debizet) + Cresson (Magali Paris). Cette recherche a été menée sous la forme d’interviews et d’observations. Des interviews d’abord en Grande-Bretagne et en France auprès de ce qu’ils ont appelé « les fondateurs ». Les fondateurs sont ceux qui se sont impliqués, depuis les années 80, dans des recherches ou dans le mouvement professionnel qui a donné plus tard l’association HQE (exemple en France). Cela a été suivi d’une étude monographique des opérations, 6 en France, 4 en Grande-Bretagne. Le principe de la recherche était de faire une analyse comparative. L'équipe a cherché à comprendre quelles politiques étatiques sont mises en œuvre et avec quels moyens. Quelles sont les évolutions dans le milieu professionnel, dans la gestion de projet et dans les relations autour de la question de la conception. Ce qui a plutôt été mis en évidence, ce sont des oppositions et des trajectoires très différentes d’un pays à l’autre. Il en ressort 3 axes de résultat :

- Dynamiques des mouvements « construction durable » en France, Grande Bretagne et aux Pays Bas

- Transformation des méthodes de programmation-conception - Jeux d’acteurs dans les opérations en démarche HQE

Méthodes et compétences, les nouvelles caractéristiques Sur la question des nouvelles méthodes et des compétences, voici les caractéristiques nouvelles qui ont pu être observées sur 6 opérations dans une démarche HQE française :

- Le pilotage environnemental de l’opération. Pour les bonnes opérations, l’idée est de suivre un certain nombre d’indicateurs (combinaison qualitatifs + quantitatifs) dès le pré-programme et jusqu’à 2 ans après la réception du bâtiment. Un groupe de pilotage, dirigé par le commanditaire-utilisateur, se réunit aux moments clés de la conception. Au stade de conception, ce groupe de pilotage arbitre entre le respect des objectifs initiaux et une prise en charge des risques. C’est un pilotage politique et stratégique du projet, avec l’entrée des collectivités locales dans l’opération.

- La prise en compte de l’exploitation-maintenance et des utilisateurs. Les utilisateurs

sont placés de façon explicite au cœur de la commande et ils sont représentés dans le comité de pilotage.

- La conception concourante enveloppe/structure/équipement essentiellement guidée

par le rapport énergie/confort. Cela se fait au niveau de la programmation et aussi au début de la conception (esquisse et APD).

- Des compétences professionnelles recherchées en acoustique, matériaux, qualité

sanitaire. Les discussions doivent avoir lieu tout au long du projet sur les points relevant de l’approche bioclimatique (AMO HQE + Architecte + Conseil Environnement.) et le comportement thermique (AMO HQE + Ingénieur Fluides + Conseil Environnement.). Face à toutes ces demandes, il faut un management d’opération transversal (AMO HQE + Architecte+ Chargé d’opération.). Il y a très peu d’équipes de conception en mesure d’apporter ces compétences d’où le recours systématique à l’AMO HQE et au « conseil environnement ».


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LTMU Mindjid Maizia, ingénieur architecte, enseignant-chercheur, département « Génie des systèmes urbains », Université de Technologie de Compiègne. LTMU, Laboratoire de Théorie des Mutations Urbaines CNRS UMR AUS, Université Paris VIII, Institut français d’urbanisme. Postulat trivial de départ L’efficacité énergétique n’est pas indépendante des configurations urbaines. La question de l’efficacité énergétique est souvent vue dans le bâtiment neuf comme un objet qui est dans un site isolé. La présentation va donc concerner le bâti ancien. L’importance de l’urbain dans l’efficacité énergétique. L’efficacité énergétique est liée à la morphologie urbaine et à la localisation des bâtiments. Elle nécessite la prise en compte des leviers de localisation pour une réduction des distances qui provoquent la mobilité, et de fait, la réduction des émissions de gaz carboniques. L’idée de l’urbain est primordiale du point de vue du bâtiment comme des transports. Présentations d’études Des études prospectives. Le LTMU a publié 4 numéros pour les Cahiers du CLIP (CLub d’Ingénierie et de Prospective pour l’Energie et l’Environnement), dans lesquels l’idée est d’identifier les gisements d’économie d’énergie dans le parc existant à l’horizon 2050. Les trois premiers numéros concernaient les gisements d’économie d’énergie dans le bâtiment, grâce à la réhabilitation, à l’isolation des enveloppes et au remplacement des chaudières. Ils ont fait des « exercices assez caricaturaux » à l’horizon 2050 pour savoir ce qu’il se passerait si le solaire thermique se généralisait. D’autres exercices visaient les gisements offerts par les pompes à chaleurs à l’horizon 2050, en généralisant l’application à l’ensemble du parc et avec l’effet de la pénétration de la technologie dans le temps. Pour cela ils identifient plusieurs leviers de différents types :

- Les leviers liés à l’amélioration des performances énergétiques des bâtiments existants ou futurs.

- Les leviers de type équipement, liés à l’innovation technologique sur les systèmes de chauffage (renouvellement des chaudières des immeubles collectifs en conservant les systèmes de distribution et les émetteurs actuels).

Le programme ÉTHEL (CNRS), Énergie Transport Habitat Et Localisation. L’idée était de travailler avec un laboratoire des comités de transport et de croiser deux démarches, habitat et transport, afin de voir en quoi la localisation joue sur les dépenses énergétiques globales des ménages (chauffage + transport). Il est apparu que les différentiels de localisation n’étaient pas si importants que ça sur le logement mais par contre très importants sur le transport. La conférence européenne ÉMUE, Énergie Matière and Urban Environnement, 2006. Les circuits de matière jouent énormément comme dans les ACV, mais aussi sur des matières qui ne sont pas contrôlées (exemple avec le plomb). Ces matières doivent être prises en compte parce qu’elles génèrent des surconsommations par les traitements qu’elles induisent. Une étude PREBAT sur l’impact des opérations dites « exemplaires » en terme environnemental et sur les politiques énergétiques des villes. Certaines villes s’approprient les thématiques énergétiques grâce à des opérations exemplaires. L’objectif était de voir en quoi les villes traduisent, en règlements ou en opérations urbaines, ce qu’elles ont appris par des opérations exemplaires. Le bilan énergie de la ville de Paris. La ville de Paris prépare son plan climat, elle avait besoin d’identifier ses consommations. L’étude a été réalisée par l’établissement de typologies architecturales des bâtiments et par des mesures de performances énergétiques. L’objectif était d’identifier les leviers d’actions dans le but de réduire les émissions à l’horizon 2020-2050. À la suite de l’approche typo-morphologique, une typologie urbaine des prospects a été réalisée, afin de connaître les effets de masque sur les apports solaires. Les règles sur le prospect ont permis d’établir les apports solaires par type de bâtiment. En structure, ils ont obtenu un système de règles théoriques sur les consommations énergétiques qu’ils ont appliqué à un système d’information géographique (SIG). Ils l’ont complété du recensement général de la population de 1999 (RGP99). Le couplage donne, in fine, les consommations énergétiques pour l’ensemble de la ville.


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Estia SA Bernard Paule, docteur ès sciences techniques, diplômé de l’École d’Architecture de Lyon, enseignant en éclairage et lumière à l’EPFL. Il a travaillé au LASH à l’ENTPE, au Centre Universitaire d’Etude des Problèmes de l’Energie de l’Université de Genève, puis à l’EPFL au Laboratoire d’Énergie Solaire et de Physique du Bâtiment. Estia, est une structure privée de conseil en physique du bâtiment et développement durable, basée sur le Parc Scientifique de l’École Polytechnique Fédérale de Lausanne (Suisse) et dont Bernard Paule est un des fondateurs. Comment un architecte peut-il faire de la recherche ? Quelles sont les limites de l’architecte ? L’architecte est un généraliste qui possède un bagage scientifique limité. Il est très performant pour manipuler des ordres de grandeur, des proportions etc., mais son « allergie aux équations » fait qu’il manque parfois de repères précis, particulièrement lorsque les problèmes auxquels il est confronté ne comportent pas de part intuitive (ex. CO2, Facteur de lumière du jour, etc.). Une autre limite, de l’architecte, qui peut aussi être considérée comme une force, réside dans son esprit d’indépendance : à chaque projet, l’architecte fait table rase et essaie de réinventer. Quels sont les atouts de l’architecte ? L’architecte a une vision « graphique » du monde. Il se focalise sur la solution là où l’ingénieur se focalise sur le problème. Ce dernier cherche à poser un système d’équations ou d’algorithmes, qui permettront de générer des réponses à un problème donné dès que ledit problème se présentera. L’architecte, lui, va produire à chaque fois des solutions nouvelles et les affiner jusqu’à satisfaction des objectifs initiaux. Le fait de travailler sur la solution est une méthode efficace, surtout pour résoudre des problèmes complexes tels que ceux posés par le bâtiment. Il y a aussi le paradoxe de la « référence » : l’architecte part d’une feuille blanche, mais il s’appuie quand même sur des références architecturales qui constituent une sorte de base de données personnelles. Le principe de la table rase est donc à la fois une limite et une source d’invention permanente, qui lui permet de générer des « solutions » appropriées. Le rôle de l’architecte est fondamental. L’architecte doit agir comme un aiguillon, c'est-à-dire garder sa fonction d’agitateur, qui est importante pour la société. Il doit assumer le rôle d’intégrateur puisqu’il doit favoriser l’émergence d’une performance globale. Il doit donc intégrer tous les paramètres en jeu et ne pas dédaigner la notion d’optimum. La recherche de la performance c’est l’optimum, la raison et non pas la « perfection » qui, souvent trop pointue, reste fragile et peu durable. Comment parvient-on à la maîtrise énergétique ? Il y a tout d’abord la nécessité de disposer d’outils de vérification adaptés, que l’architecte pourra utiliser très tôt dans le processus de conception, des outils simplifiés, intuitifs, favorisant les études de variantes. La question de l’outil « global », qui permettrait de résoudre tous les problèmes en un seul passage (thermique d’hiver, d’été, lumière, ventilation, acoustique, ...) reste envisageable si l’on se limite au pré-dimensionnement mais est plus illusoire si l’on vise la simulation détaillée. L’activité de conseil en physique du bâtiment et développement durable, doit justement promouvoir cette vision globale qui permet d’orienter le projet, de le guider et de l’optimiser. Par ailleurs, nous devons rester prudents vis-à-vis de la technique et, en particulier s’assurer que celle-ci ne soit pas, en elle-même, consommatrice de ressources (énergie grise, complexité de maintenance). Il est aussi vital de prendre en compte le comportement des usagers. Quelques sujets d’inquiétude quant à la recherche (expériences vécues). Il est à déplorer que la recherche ne constitue trop souvent « une fin en soi », et qu’elle débouche rarement sur la mise à disposition d’outils ou de méthodes facilement appropriables par les utilisateurs. Un autre problème réside dans le fait qu’il faut, aujourd’hui, être formé à la recherche de financement, ce qui revient à dire que « la recherche de financement devient un objet de recherche ! ». Enfin, la recherche est trop souvent une affaire de ratio de publication, de participation à des colloques et conférences, et cela n’est pas toujours adapté au monde de l’architecture. La place de la recherche. La recherche doit s’inscrire dans une chaîne complète et rester connectée à la société. D’un côté, le milieu académique doit produire de la connaissance, d’un autre côté, les décideurs doivent pouvoir accéder à cette connaissance. Entre ces deux mondes, il y a une place pour des acteurs intermédiaires dont la mission est de faciliter les transferts et de mettre sur la table les progrès et les avancées développés dans les laboratoires.


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CERMA Christian Marenne, architecte ingénieur, enseignant-chercheur à l’ENSA de Nantes. Virginie Meunier, enseignant-chercheur à l’ENSA de Nantes. CERMA, CEntre de Recherche Méthodologique en Architecture École Nationale Supérieure d’Architecture de Nantes La thématique de recherche du CERMA concerne la maîtrise des ambiances architecturales et urbaines. La notion d’ambiance est travaillée depuis 12 ans dans le cadre de l’UMR dans laquelle ils sont associés au laboratoire Cresson à l’ENSA Grenoble. C’est une notion qui associe tout ce qui concerne l’évaluation des phénomènes physiques et la perception que peuvent en avoir les usagers. Cette notion d’ambiance est opératoire dans le domaine de l’architecture. Grâce aux enseignants-chercheurs du laboratoire, les recherches menées trouvent une application dans le domaine de l’enseignement à l’ENSAN. La présentation des travaux du CERMA dans le domaine de l’efficacité énergétique, expose tout d’abord les thèmes principaux de recherche du laboratoire, des exemples de travaux d’étudiants mettant en pratique les outils issus de la recherche du laboratoire, puis les projets présentés et retenus dans le cadre du PREBAT 2006. Les 5 axes de développement du programme de recherche du CERMA L’instrumentation du projet : développement d’outils d’aide à la conception. L’objectif est de fournir des outils et d’aider les concepteurs à prendre en compte cette notion d’énergétique et de confort dès les premières phases du projet. (Outils solaires : Audience, Girasol, Gnomon ; simulation thermique : SIMULA ; simulation de l’ensoleillement et de l’éclairement naturel, constitution et interrogation d’une base de données d’ensoleillement et d’éclairement : SOLENE ; simulation inverse ; simulation aéraulique ; SIMULA 3D). Le travail sur la notion de référence, les références font parties de la culture de l’architecte et il est important d’utiliser cette notion pour aborder les connaissances d’ordre scientifiques et techniques. C’est une approche intéressante pour motiver les architectes à ces notions d’ambiance et d’efficacité énergétique. L’aide à la conception du projet d’architecture et du projet urbain. Dans l’efficacité énergétique ce n’est pas seulement l’objet bâtiment qui est en jeu mais aussi toute la question urbaine, l’inscription dans un tissu urbain avec toutes les contraintes d’orientation, masque, vent etc. C’est aussi la question du traitement de l’environnement extérieur pour favoriser les qualités d’usage et le confort dans le bâtiment. La restitution et la représentation des résultats de simulation par croisement de plusieurs descripteurs. Il est important de faire des simulations et communiquer les résultats pour que les concepteurs puissent les intégrer dans leur conception à tous les stades d’avancement du projet. Les actions pédagogiques auprès des étudiants architectes et ingénieurs, des BET et des maîtres d’ouvrage. L’aspect pédagogique est important pour apporter de la connaissance sur l’efficacité énergétique, afin que les concepteurs puissent recevoir et prendre en compte efficacement les résultats et les conseils donnés par les spécialistes. (AUDIENCE, projet européen d’enseignement à distance ; ateliers de projet à l’ENSAN, « Les ambiances à l’épreuve du projet » et « Haute Qualité Environnementale Haute, Qualité Architecturale »). Détails sur les actions pédagogiques du CERMA La pédagogie auprès des architectes et des urbanistes. Il y a une réelle demande des architectes et des urbanistes sur la prise en compte des questions environnementales dans les projets. La simulation sert à évaluer les paramètres physiques et à qualifier les ambiances des espaces projetés à l’échelle des différents territoires. Utilisation de SOLENE pour optimiser l’implantation du bâtiment, afin de favoriser le gain solaire passif, prendre en compte les effets de masque, évaluer l’éclairement naturel et représenter ces paramètres par des cartographies 3D.


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La pédagogie auprès des étudiants architectes. L’équipe a développé 2 masters à l’ENSAN :

Master « Les ambiances à l’épreuve du projet » : intégration de la question des ambiances dans le processus de conception architecturale et urbaine d’un équipement questionnant fortement la notion d’ambiance. Le croisement entre intentions d’ambiance/usage/projet/simulation met en œuvre une démarche de conception à l’intersection des différentes disciplines enseignées en licence et à leur donner une cohérence dans le processus de conception. Master « Haute Qualité Environnementale, Haute Qualité Architecturale » : tenter de conjuguer les enjeux du développement durable avec les différentes composantes du projet urbain et architectural. L’interrogation porte sur la production d’un nouvel urbanisme et d’une nouvelle architecture avec de nouveaux modes d’habiter, de gestion de l’énergie, de nouveaux matériaux, des modes de déplacement en évolution… Aujourd’hui, il est important de concevoir des espaces architecturaux et urbains en s’interrogeant sur les implications sociales, culturelles et environnementales.

Les projets présentés et retenus dans le cadre du PREBAT en 2006 Le projet MEAMI, Maîtrise Énergétique et qualité des Ambiances des Maisons Individuelles : outils numériques pour les projets de transformation de maisons. L’équipe est composée du CERMA, d’un cabinet d’experts en énergie du bâtiment, d’un créateur de logiciel et d’une agence d’améliorateurs du logement. L’objectif est de mettre, à disposition des améliorateurs du logement, de nouveaux outils d’aide à la conception et de favoriser les économies d’énergie tout en améliorant le confort dans des projets de réhabilitation ou d’extension. Le projet MI@EP, Maisons Individuelles à Énergie Positive en contexte réel : conception, réalisation et expérimentation de 3 maisons individuelles à énergie positive dans un lotissement de St Grégoire (Ille-et-Vilaine). Projet développé par le CERMA en association avec une agence d’architectes et d’ingénieurs, un BET et la commune de St Grégoire. Projet en 4 phases, 1- montage opérationnel, 2- réalisation du guide des solutions passives et actives pour aborder la conception des maisons à énergie positive, 3- conception et construction des 3 maisons, 4- suivi expérimental sur un an. Le projet PACIBA, Progiciel d’Aide à la Conception Intégrée des BÂtiments. L’équipe de ce projet est constituée autour de 4 disciplines : l’architecture (traitant les aspects urbains (CERMA), la conception et l’éclairage), l’ingénierie, la modélisation et l’édition de logiciel. Les objectifs sont de 4 ordres. 1- Proposer une aide à la conception intégrée, un dialogue en amont entre architectes et ingénieurs, plutôt qu’une conception séquentielle. 2- Établir des liens entre les échelles quartier/bâtiment/composant. 3- Évaluer des projets du point de vue thermique, éclairage, production d’électricité et faire les calculs économiques. 4- Développer une utilisation professionnelle et pédagogique de ce progiciel.


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Témoignages : Comment penser « zéro énergie »

dès la conception ?

Étienne Wurtz Jean-Robert Millet

Pierre Lavigne Daniel Quenard


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Les enjeux de la réalisation de bâtiments à bilanénergétique équilibré Étienne Wurtz, directeur de recherche CNRS INES, Institut National de l’Énergie Solaire, Université de Savoie Projet ANR – PREBAT : Maison passive Les partenaires : INES-CEA, CSTB, CETIAT, Saint Gobain, Lafarge, EMP, CETE, Maisons Giraud Le concept de la maison passive. La question qui se pose à INES pour la conception de leurs maisons : qu’est-ce qu’on fait et pour quel climat ? Combien de kWh en chauffage et combien en global ? Pour limiter les consommations il faut savoir que l’énergie la moins chère est celle qui n’est pas consommée. Il est important de savoir, lorsqu’on parle de kWh/m!, si on parle global, de besoin ou de consommation. Bâtiments à énergie positive ? ou Vers des bâtiments à bilan énergétique annuel équilibré ? Telle est l’interrogation qui anime les recherches d’INES. L’objectif « énergie positive » leur semble très intéressant mais les fait s’interroger sur ce qu’on fait ensuite de toute cette énergie. INES est spécialiste du photovoltaïque. Étienne Wurtz a rappelé que le photovoltaïque a un rendement faible et que son intérêt réside dans l’utilisation de l’électricité qu’il permet de produire en instantané. « Avec le photovoltaïque le rendement est faible mais l’électron arrive directement dans la maison ». Les objectifs. Pour la réalisation d’une maison l’objectif est de faire un bilan énergétique équilibré. Le dimensionnement des panneaux photovoltaïques et de l’isolant est fait en fonction de cet objectif. Cet objectif ouvre aussi une série de questions. Est-ce qu’on fait des maisons comme actuellement en ajoutant des panneaux photovoltaïques pour avoir un bilan énergétique équilibré ? Est-ce qu’on fait des maisons sur-isolées sans chauffage (triple vitrage, 60 cm d’isolant…) ? Est-ce qu’on cherche un compromis entre les deux ? Le choix d’INES est de trouver un compromis en essayant d’économiser et de ne pas consommer à l’intérieur (travail sur l’éclairage, l’isolation etc.). Pour réduire les consommations, il faut supprimer les ponts thermiques, isoler par l’extérieur, se donner des valeurs de U les plus faibles possible, travailler l’étanchéité à l’air, avoir et choisir les systèmes les plus perfectionnés possible (puits canadien, système double flux, couplage). Une fois ces déperditions réduites, il faut travailler le système de chauffage à faible inertie, la rupture technologique c'est-à-dire réduire, transformer, changer de système (capteurs solaires thermiques pour l’eau, photovoltaïques pour le chauffage etc.). Le projet de développement d’outils La thermographie infrarouge. La thermographie infrarouge permet d’illustrer, dans le cas d’une maison passive, que c’est l’isolant qui maintient les conditions de confort, contrairement à une « maison active » où c’est le chauffage qui maintient les conditions de confort. Mais la thermographie est aussi un piège lorsqu’elle n’est pas bien utilisée. Il y a un gros problème d’échelle et de normalisation avec la thermographie, ce qui appelle à beaucoup de prudence dans l’examen des résultats.


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Optimiser la conception pour les bâtimentsà énergie positive

Jean-Robert Millet, ingénieur architecte, directeur de la division énergie du CSTB Vers des bâtiments à énergie positive A quoi sert l’énergie dans un bâtiment ? Elle sert au confort (se chauffer, s’éclairer, se rafraîchir), à la santé (avoir de l’air pur, se laver, conserver les aliments…), au divertissement (TV, informatique…), au travail (informatique). Comment passe-t-on d’un bâtiment ancien au bâtiment à énergie positive ? Dans la réglementation, la première chose a été de supprimer les postes de déperdition les plus importants en isolant. C’est le principe d’efficacité maximum. Des progrès dans un champ impliquent de travailler aussi l’amélioration dans les autres champs. Une limite de la réglementation est qu’elle ne gère que la partie construction et pas la partie occupation du bâtiment. Pour passer au bâtiment à énergie positive il faut passer d’un traitement d’éléments séparés à une vision globale, passer à un traitement intégré enveloppe-systèmes, passer à une approche dynamique de la relation du bâtiment à son environnement, passer à une recherche du confort thermique global (confort d’hiver et d’été) et passer à une gestion de l’immatériel (qualité de l’air, gestion et régulation des installations). Ce qui a été fait jusqu’à aujourd’hui. On a réduit les déperditions : en privilégiant l'architecture bioclimatique, en améliorant l'isolation des parois opaques et des baies, en réduisant les défauts d'étanchéité et en maîtrisant la ventilation. Et on a réduit les consommations : en régulant l'émission, en limitant les pertes par les réseaux de distribution, en améliorant le rendement des générateurs et en privilégiant le recours aux énergies renouvelables. Ce qui est envisageable pour demain. Aujourd’hui les problèmes ne sont plus les mêmes. Les ponts thermiques prennent le pas sur l'isolation en partie courante. Les déperditions par les défauts d'étanchéité sont supérieures à ceux du système de ventilation (double flux avec échangeur). Les besoins de chauffage faibles, mais très variables, demandent des systèmes adaptés. Les consommations d'eau chaude sanitaire et des autres usages deviennent supérieures aux consommations de chauffage. Les problèmes de confort d'été et de mi-saison deviennent majeurs. Enfin, pour des bâtiments très efficaces, le potentiel des ENR est supérieur aux consommations. Penser global. Il faut avoir une approche intégrée c'est-à-dire penser énergie + confort + qualité d'air, climat + bâtiment-systèmes + occupants-gestionnaires, coûts d'investissement + coûts de fonctionnement. La conception architecturale doit travailler à la forme et à l’orientation du bâti, concevoir des espaces et travailler l’insertion dans le site. Enfin il faut intégrer l’enveloppe et les systèmes réactifs c'est-à-dire prendre en compte de façon dynamique l'environnement extérieur et les occupants. Améliorer l’efficacité énergétique. Tout en pensant global, il faut améliorer l’efficacité énergétique du bâtiment. C'est-à-dire : réduire les besoins (architecture bioclimatique, isolation, inertie, éclairage naturel etc.), utiliser au mieux l'énergie consommée par les systèmes (adaptation permanente de ce qui est fourni à la demande (chauffage, ventilation, éclairage …..), utiliser les sources gratuites de l'environnement (solaire Th et PV, éolien, géothermie, biomasse, bois…), tout en améliorant les conditions de confort et de santé des occupants et en intégrant le bâtiment dans l’écosystème local. Illustration sur l’isolation, la ventilation, le chauffage et l’ENR, du passage d’un bâtiment ancien à un bâtiment à énergie positive par une animation. L’exemple d’une maison individuelle en région parisienne.


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La conception bioclimatique Pierre Lavigne, ingénieur, physicien, ex-chercheur du CEA de Grenoble, ex-enseignant de l’ENSA Grenoble Comment penser la maîtrise énergétique dès la conception ? L’expression « architecture bioclimatique ». Dans cette expression il refuse le terme "bio", qui fait vendre, mais conserve "climatique", tout en considérant ce dernier terme comme un pléonasme. « L’architecture est fatalement climatique, il n’y a architecture que lorsqu’il y a contrainte. Le climat en est une à laquelle on n’échappe pas ». Le problème architecte / ingénieur est un problème typiquement français. « Dans les années 70, la maison, dans le milieu du bâtiment, on ne savait pas comment ça fonctionnait ». Il s’est attaché à comprendre comment un bâtiment fonctionnait du point de vue thermique, en régime moyen et dynamique. En France, « il y a les architectes d’un côté et les ingénieurs de l’autre. Dans les écoles d’architecture, la science on n’en veut pas, les équations déclenchent des allergies fatales mais on a de l’imagination, on est un artiste et les ingénieurs sont des calculateurs. Si l’architecture est si mauvaise en France, c’est la faute des deux parties et c’est le monde du bâtiment qui a un problème à la base. Résultat, on aboutit à des aberrations ». Diapos de quelques illustrations d'aberrations de différents types ENSA de Toulouse - « Une paroi plein Sud avec un percement dont le vitrage est ensuite bouché. Ce ne sont pas des brises soleil, ce sont des obstructions complètes telles qu'on ne capte ni ne voit plus rien. Et au nom du mythe de l’unité architecturale, on développe le même système de brises soleil du côté Nord ! Ce sont les bureaux d’un laboratoire qui travaille sur l’architecture bioclimatique qui utilise donc l’éclairage artificiel toute la journée. Ça c’est l’aberration totale ». Un laboratoire de mathématique – « Ici il y a des brises soleil rigoureusement identiques sur deux orientations perpendiculaires. Ces brises soleil n’ont donc pas d’efficacité, c’est de la décoration ». Un collège - « Avec ce bâtiment on arrive à créer un climat subtropical dès le mois de mai, par l’ignorance totale du concepteur de ce qu’est le soleil. Il n’y a aucune inertie par absorption, c’est du bois ». ENSA de Lyon - « Le discours de présentation de cette rue entre des salles de cours en faisait un paradis, un lieu de convivialité entre étudiants et enseignants etc. L’hiver c’est une glacière, l’été un four à partir du mois de mai. Il y a environ 500 m! de vitrages horizontaux, calculez, presque 500 kW à midi, la merveille ! Et voici le côté Est, les ateliers en haut, tout en verre et des brises soleil horizontaux inutiles. Aucune inertie de transmission, surchauffe. Côté Ouest on a le même dispositif. Fin mai, le laboratoire de l’ENTPE a mesuré 28° à 8h00. Les écoles d’architecture sont souvent des merveilles de ce qu’il ne faut pas faire. Ce que vous voyez en bas, c’est une parenthèse pour l’éclairage : des croisées d’ogives en béton armé ! Vous n’avez pas de verre en haut où il faudrait en avoir beaucoup, mais par contre en bas ! Les fourmis, qu’est-ce qu’elles sont éclairées ! ». Une absence de culture des phénomènes physiques (surtout en France) « Ces aberrations démontrent qu’il n’y a aucune culture concernant les phénomènes qui se passent dans un bâtiment. Ce qui est grave aussi est que l’architecte écrive dans des revues internationales en se faisant passer pour un architecte "bioclimatique" sans que jamais un autre architecte n’ait pris sa plume, depuis 10 ans, pour dénoncer ces supercheries. Il y a un support minimum de connaissances qui ne circule pas dans ce milieu. Il n’y a pas que l’architecte qui est en cause. C’est le milieu au complet. Il n’y a personne qui pense dès la conception. L’architecte ne pense pas lorsqu’il conçoit puisqu’il n’a pas les connaissances pour penser, et l’ingénieur calcule sans penser non plus. C’est dramatique, il n’y a plus de conception ! ». Pierre Lavigne a développé un document avec quelques architectes « qui sortent du lot » pour les écoles d’architecture. Ce document présente non des "formules" mais des "relations" pour expliquer simplement le comportement des édifices. Il s’appelle « Architecture climatique » et est surtout utilisé à l'étranger. « Il faut vraiment, pour que la notion de "conception" ne meurt pas, que les architectes fassent le lien avec les ingénieurs, que ces derniers ne soient plus uniquement des calculateurs, et que les architectes aient un minimum de connaissances du fonctionnement des bâtiments, de façon à véritablement concevoir. La technique n’est pas la science. Le "high-tech" est le degré zéro de la science. Mais par contre la subtilité qu’il faut pour la conception signifie qu’il faut posséder la connaissance des phénomènes ! Plus on voudra aller vers des consommations proches de zéro, plus il faudra de subtilité ».


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Les ruptures nécessaires Daniel Quenard, CSTB, Département Enveloppes et Revêtements, Division Caractérisation Physique des Matériaux. L’enveloppe a deux rôles principaux : elle est un fournisseur de confort (hygrothermique, acoustique, éclairage), de sécurité, et elle sert aussi à collecter de l’énergie, principalement solaire et éolien. De plus, les nouvelles technologies pour l’enveloppe (isolation avancée, inertie, vitrages …) permettent de réduire les consommations. L’enveloppe comme fournisseur de confort L’isolation. Ce qui isole c’est l’air. En même temps, ce qui pose problème dans l’isolant, c’est aussi l’air (étanchéité à l'air, conductivité thermique de l'air ! = 25 mW/mK). Pour avoir un coefficient de transmission (U=e/!) faible, une des solutions est d’augmenter l’épaisseur. Lorsqu’il n’est pas possible d’augmenter l’épaisseur de l’isolant, il faut se diriger vers les isolants à haute performance. Pour réduire la conduction de l’air, il faut réduire sa mobilité et deux solutions sont possibles, soit tirer au vide (ce qui réduit le nombre de molécules pour transporter l'énergie), soit piéger l’air dans des cellules inférieures au libre parcours moyen de l'air (azote, oxygène) soit environ 0,1 micron. Dans ce cas, il faut s’orienter vers les matériaux nano poreux. Dans les matériaux nano-poreux, les cellules sont inférieures à 0,1 micron et les molécules de gaz sont donc piégées et se déplacent moins facilement. Aujourd'hui, les matériaux nano-poreux se présentent sous la forme de silices comprimées ou d'aérogel de silice. En emballant, sous basse pression, un matériau nanoporeux dans une membrane étanche à l’air, on obtient un nouveau composant isolant appelé : PIV (Panneau Isolant sous Vide). L’inertie. L’inertie de l’enveloppe sert à stocker l’énergie solaire gratuite. Il y a deux options : la chaleur sensible (béton, pisée), et les matériaux à changement de phase. Les matériaux à changement de phase sont introduits soit dans des plaques de plâtre, soit dans du polymère. L’efficacité de ces matériaux dépend beaucoup du lieu et de l’utilisation du bâtiment. De plus, il faut savoir quel est le niveau de confort visé : confort d’hiver et/ou confort d’été. Enfin, il faut être capable de contrôler les apports solaires. Ces matériaux permettent d’écrêter les surchauffes en été et de réduire les besoins de climatisation, surtout quand ils sont associés à des protections solaires et à une ventilation nocturne. Les vitrages. Le simple vitrage n’ayant pas de lame d’air, son coefficient d’échange est du même ordre de grandeur qu'un coefficient d’échange de surface (U=6) ; du point de vue thermique c’est comme s’il n’y avait rien. Avec le double vitrage, la lame d’air permet de réduire les pertes (U=3). L'ajout d'une couche basse émissivité, associé à un gaz moins conducteur (Argon) permet encore de réduire le coefficient U et d'approcher la valeur de 1. Le double vitrage sous vide ou le triple vitrage apparaissent comme des solutions intéressantes pour descendre en dessous de 1. Par contre, le double vitrage avec aérogel de silice (structure nanoporeuse translucide) peut être considéré comme un exemple typique de "fausse bonne idée". Il présente, en effet, une très bonne performance thermique mais du point de vue acoustique, sa rigidité ramène le double vitrage aux performances d’un simple vitrage. Le vitrage le plus performant aujourd'hui (U=0,2), est un quadruple vitrage très épais (5 cm). Néanmoins, les nouveaux vitrages très isolants doivent être utilisés avec précaution car ils réduisent tous les apports solaires (Facteur Solaire g). La fenêtre doit donc être vue sous ses deux aspects : perte (U) et gain (g), elle constitue le premier capteur solaire installé dans un bâtiment, le premier composant à énergie positive sur une période de chauffage, suivant le climat local. L’autre point important est le cadre qui doit assumer un double rôle d'isolation thermique et de mécanique. Les matériaux composites à faible épaisseur apparaissent comme des bons candidats car ils ont des propriétés mécaniques proches de celles de l’alu et thermiques proches de celles du bois. Si on couple à la fois les doubles vitrages performants et les isolants sous vide, il est possible d’avoir des façades de même épaisseur, donc des panneaux, soit opaques, soit transparents, ayant des coefficients U assez proches. La température de surface. Un autre élément de confort important est la température de surface de la paroi. Le confort, c’est à la fois la température d’ambiance mais aussi le rayonnement du corps de la personne vers les surfaces. Un renforcement de l'isolation permet de relever les températures de surface et donc de réduire le flux de rayonnement personne-paroi. On peut donc réduire la température d'ambiance sans nuire au confort. Eclairage. Pour contrôler l’éclairage, plusieurs matériaux et composants sont proches du marché : électrochromes, aérogels granulaires qui par exemple intégrés dans les


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polycarbonates rendent ses derniers diffusants, puits de lumière, panneau pour rediriger la lumière, nouveaux vitrages qui sont à la fois réfléchissants et transparents, structures gonflables opaques et transparentes. L’enveloppe comme collecteur d’énergie Après la fenêtre comme premier capteur installé, l'enveloppe peut accueillir tous les capteurs solaires (thermiques et photovoltaïques) avec un niveau d'intégration plus ou moins élevé. Une remarque sur l’eau chaude, généralement produite avec des capteurs thermiques mais que les Japonais produisent avec du photovoltaïque couplé à une pompe à chaleur. L'intégration des éoliennes est plus difficile, mais apparaît sur les bâtiments de grande hauteur telles que les tours. Enfin pour terminer, l'enveloppe permet le rafraîchissement solaire grâce à des surfaces photocatalytiques et des films d’eau de très faible épaisseur qui coulent sur les façades.


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Des points forts du débat… Comment favoriser l’implication et la mobilisation des enseignants, des chercheurs et des professionnels de

l’architecture en faveur des bâtiments à bilan énergétique équilibré

A la table ronde étaient invités Jean-Robert Millet, Pierre Lavigne, Jean-Claude Bignon (ENSA Nancy), Christian Marenne, Myriam Olivier,

Jean-Jacques Delétré et Daniel Quenard.

…aux actions à poursuivre François Buyle-Bodin – Étienne Wurtz


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Des points forts du débat… La dimension urbaine. La nécessité de passer d’une approche « bâtiment » à une approche plus globale. L’échelle du quartier parait pertinente. La mixité. L’approche de l’efficacité énergétique ne doit plus se faire par type d’usage de bâtiment, mais utiliser la densité en proposant quand c’est pertinent de mixer les usages entre logements, commerces, tertiaire, etc. Evolution de la réglementation thermique. La réglementation thermique de 2020, ne devra pas être que… thermique, mais globale pour prendre en compte l’ensemble des paramètres d’un bâtiment (efficacité énergétique, logiques constructives, accessibilité, qualité environnementale, etc.) Les outils. En complément aux outils de simulations pointus, mais souvent difficiles d’usage, il apparaît nécessaire de développer des outils de simulation ou mieux d’aide à la conception qui soient suffisamment explicites dans les résultats de leurs calculs pour être à l’interface entre les enjeux de conception, les enjeux techniques et les enjeux d’efficacité énergétique. Dans la même logique, il convient de rapprocher les outils de mesures in situ et les outils de simulation numérique afin de maîtriser les ordres de grandeurs physiques propres à chaque site. Il convient aussi de développer avec cette logique des référentiels, des guides, des outils pratiques soit spécifiques à certains acteurs, soit génériques pour un usage commun. Pérennisation. Le PREBAT permet de structurer actuellement la recherche sur ce domaine, de mettre des moyens en commun, de faire travailler des équipes ensemble. Aujourd’hui plusieurs facteurs sont favorables : sensibilisation de l’usager, volontarisme des collectivités, etc. Le Prebat et plus largement la recherche architecturale et urbaine doivent avoir un rôle de catalyseur pour faire se rencontrer les différents acteurs de la construction (professionnels, chercheurs, enseignants). La formation. La sensibilisation à ces questions environnementales, bien que nécessaire n’est pas suffisante. Elle doit s’accompagner d’une formation renforcée d’un point de vue technique pour les architectes et renforcée sur les questions architecturales pour les sciences de l’ingénieur, ceci autant dans les formations de base que dans les formations professionnalisantes. Un travail de recherche sur l’ingénierie pédagogique reste à faire. Le jeu des acteurs. Chaque acteur du bâtiment (maître d’ouvrage, maître d’œuvre, entreprise, usager) a des objectifs qui lui sont propres. Le complexe jeu des acteurs dans la construction rend souvent difficile l’optimisation de l’efficacité énergétique. Un travail sur la relation des acteurs est un enjeu de recherche majeur sur le plan méthodologique, sociologique et économique.


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… aux actions à poursuivre. François Buyle-Bodin et Étienne Wurtz Les apports, témoignages et échanges de cette journée ont permis de dégager des pistes d'actions qui doivent continuer à mobiliser les équipes de recherche architecturale, les écoles, les spécialistes et chercheurs travaillant sur la performance énergétique dans la construction, les équipes de conception... ! Initier un appel à projets ouverts à des équipes pluridisciplinaires sur la conception de bâtiments à bilan énergétique équilibré, intégrant trois dimensions à leur démarche :

- La recherche scientifique - L’innovation pédagogique - L’expérimentation projectuelle

! Susciter l'émergence et le développement d'outils d'aide à la décision, permettant de tester des scénarios constructifs et spatiaux, de préfigurer des performances énergétiques. Outils qui pourraient aussi être utilisés dans le cadre des formations. ! Diffuser et capitaliser les résultats de la recherche architecturale. ! Approfondir la réflexion sur l’enseignement du projet intégrant les enjeux environnementaux afin de ne pas dissocier qualité architecturale et efficacité énergétique.

Le séminaire a été conjointement organisé par : le ministère de la Culture et de la Communication (DAPA-BRAUP) le ministère des Transports, de l'Equipement, du Tourisme et de la Mer (SG-DRAST) avec le soutien du PUCA Il a bénéficié de l’organisation et de l’accueil des Grands Ateliers de l’Isle d’Abeau Coordination et organisation du séminaire et des actes : Dominique Pierroux (DRAST) et Nicolas Tixier (DAPA) Le document et toutes les présentations sont disponibles sur www.prebat.net, www.recherche-innovation.equipement.gouv.fr

Retranscriptions : Aurore Bonnet - Avril 2007

Documents

Recherche architecturale et ma trise nerg tique · faible en France que dans dÕautres pays, essentiellement cause de la production d' nergie lectrique d'origine nucl aire. Quand