[Dossier RE2020] #17 BIM et analyse en cycle de vie

L’univers du BIM propose depuis plusieurs années une myriade de possibilités d’utilisation destinée à faciliter la cohérence des études, le flux de données, le travail collaboratif et le partage d’informations. Loin des concepts théoriques, les bureaux d’études sont aux prises avec les différents outils, la formation des collaborateurs, la mise en pratique du BIM.

L’ACV est le type d’étude sur laquelle le BIM pourrait s’avérer d’une grande aide de part l’automatisation d’un certain nombre de tâches fastidieuses et chronophage. Le BIM doit permettre de réaliser calculs itératifs, variantes, prise en comptes des modifications sans temps de métré, de recherche. Un outil rêvé à l’aube de la RE2020 afin d’optimiser le temps d’étude et de proposer des prestations qualitatives.

D’autant que la crise COVID nous a montré l’intérêt des solutions numériques collaborative qui tendent à rendre l’entreprise résiliente face aux différents évènements. Dans les métiers de la conception l’interaction entre spécialités et maître d’ouvrage est impérative et ces outils devraient le permettre.

Certains domaines étaient à l’avant-garde du BIM que nous trouvons aujourd’hui dans la construction. Penons par exemple les constructeurs de machines spéciales pour l’industrie (cosmétique, pharmaceutique, automobile…), la conception est intégralement réalisée en maquette 3D et ne nombreux calculs sont effectués à l’appui de ces maquettes, les matériaux et matériels y sont spécifiés. Et cela depuis plusieurs décennies. Il en est de même pour l’aéronautique.

Mais que dire plus particulièrement de l’application du BIM dans le cadre du label E+/C- ?

Quels sont les freins et opportunités du BIM pour réaliser une ACV ?

Une définition du BIM

La notion de BIM dont nous entendons largement parler va bien au-delà de la simple maquette 3D, sa définition est complexe et un consensus clair sur le sujet reste à établir.

Néanmoins nous pouvons qualifier le BIM de méthode de travail collaborative ayant pour support une modélisation paramétrique multidimensionnelle des ouvrages. Modélisation partagée, intelligente et structurée, et établie selon des niveaux de précision et de standardisation prédéfinis.

Cette notion a pour vocation de couvrir l’ensemble des cycles de la vie d’un bâtiment : Conception, Réalisation, Exploitation, démolition en structurant les données et rôles des intervenants.

Le BIM s’impose théoriquement comme une solution ayant pour vocation de permettre une collaboration étroite et fluide entre l’ensemble des acteurs d’un projet afin de permettre une conception de meilleure qualité, une détection en amont des problématiques « chantier », une maîtrise des coûts de construction par des ajustements en temps réel.

Il est important de souligner que le BIM n’est pas un logiciel mais un univers d’outils et de plateformes qui sont interopérables par le biais d’une standardisation des échanges et flux de données.

Image www.buildipedia.com 

Grâce aux travaux des différents acteurs Français concernés, la normalisation de la démarche devient aboutie et facilite les travaux. Les normes internationales tendent à converger et harmoniser les principes. De nombreux pays ont aujourd’hui fait du BIM une base de travail impérative.

L’analyse en cycle de vie

L’expérimentation E+/C- a mis en exergue l’analyse en cycle de vie en introduisant la composante Carbone comme indicateur majeur de l’impact des constructions sur notre environnement.

Néanmoins les acteurs de la certification environnementale réalisaient déjà des ACV demandées dans le cadre de différents labels (HQE Haute Qualité Environnementale, BBCA Bâtiment Bas Carbone, BREEAM Building Research Establishment's Environmental Assessment Method et LEED Leadership in Energy and Environmental Design) ou à la demande de cahiers des charges environnementaux imposés par les maîtres d’ouvrages, aménageurs, collectivités.

L’analyse en cycle de vie consiste en un inventaire précis des intrants, des extrants et des impacts environnementaux potentiels d’un matériau, d’un produit ou d’un système. Cette analyse est conduite « du berceau à la tombe » et repose une analyse multicritère. Normalisée depuis longtemps, l’ACV s’impose aujourd’hui comme un bon outil de quantification des impacts environnementaux de l’ensemble des activités humaines.

Toutefois, l’ACV en E+/C- est une analyse simplifiée ayant pour vocation à quantifier les impacts Carbone au stade de la construction et sur l’ensemble de la durée de vie d’un ouvrage. Pour rappel, quantes grands contributeurs sont pris en compte dans l’ACV E+/C- :

Source :  http://www.batiment-energiecarbone.fr/

Contributeurs qui sont décomposés suivant leur phase d’utilisation et leur remplacement tout au long de la vie de l’ouvrage.

S’en suit un calcul d’impact global rapporté à la durée de vie conventionnelle du bâtiment :

Source :  http://www.batiment-energiecarbone.fr/

Calcul qui s’appuie pour chaque composant ou lot, soit sur des fiches de données par défaut ou sur des fiches de données environnementales et sanitaires regroupées en bases de données. 

Nos premiers pas - Notre REX

La tentation est grande lorsque l’on s’imagine que l’ACV est un simple croisement de quantitatifs de matériaux et de données environnementales unitaires puis une somme par lot sur la durée de vie de l’ouvrage. Le BIM de part sa promesse semble être l’outil tout indiqué pour s’épargner les fastidieux métrés et les itérations nécessaires à l’amélioration du bilan d’un bâtiment.

Bien souvent, nos études sont adossées à d’autres calculs tels que les études d’éclairement naturel, les héliodons, les simulations thermiques dynamiques, études de gaines techniques, dimensionnements fluides et bien sûr les calculs réglementaires.

La maquette BIM associés à des outils de calcul thématiques devrait donc permettre de réaliser ces calculs rapidement avec un retour d’informations venant agrémenter la maquette de cette plus-value.

Nous avons donc dès les premières études E+/C- envisagées échangé avec les maîtres d’ouvrages qui eux aussi séduits par l’idée ont choisi de réaliser quelques projets pilotes en BIM.

Dès le stade de l’avant-projet en vue du dépôt de permis de construire un travail collaboratif est réalise entre maitrise d’ouvrage, architecte, les différents bureaux d’études (Thermique, Fluides, Structure, Acoustique, Environnement) et l’économiste afin de fournir dans un délai serré un projet au budget et répondant aux différents niveaux d’exigence.

Les premiers écueils rencontrés et que nous rencontrons encore peuvent s’apprécier suivant deux plans. Dans un cas nous disposons d’une maquette dont la saisie par l’architecte ne nous permet pas ou difficilement d’attribuer les ouvrages dans les lots d’ACV (Les produits de construction et équipements utilisés doivent être répartis selon 13 lots, eux même décomposés en sous-lots. Cette répartition conditionne la validité du récapitulatif standardisé d’étude énergétique et environnementale RS2E). Dans un autre cas le degré de précision de la maquette est trop important et nous avons observé que plus l’ACV est réalisée précisément, plus l’impact carbone du projet est important. Cet écart de précision montre aussi que certains principes évoluent pendant la conception. Nous en revenons donc à nos métrés « manuels » et à l’affectation aux sous lots de l’ACV et attribution de FDES, PEP ou MDEGD.

Il en ressort deux conclusions : En phase d’avant-projet l’extraction des quantitatifs est complexe dans les délais impartis et temps alloués aux ingénieurs, Le niveau de détail de la maquette est souvent inadapté à la réalisation d’un calcul fiable. Calcul qui s’avère être imprécis ou erroné.

Pendant la durée de vie du label E+/C- nous sommes passés par plusieurs expérimentations internes tant au niveau des solutions logicielles proposées, qu’au niveau des modalités pratiques de transfert de données, d’export et de récupération depuis les maquettes. Sans parvenir réellement à bénéficier de l’avantage du BIM en ACV. Au niveau des études citée ci-dessus, les maquettes 3D se « prêtent bien au jeu », mais pour l’ACV le temps passé à paramétrer les logiciels, à vérifier la cohérence des échanges est pour le moment souvent plus important qu’une étude avec métré « classique ». C’est un frein notable pour la bonne diffusion du BIM.

Il n’y a que récemment que nous parvenons à établir un flux de données entre une maquette REVIT, un logiciel d’ACV via base de données CSV. Cette base de données et aussi éditable par l’ensemble des contributeurs au projet, cela facilite de travail collaboratif.

Autre point qui nous a posé des difficultés, sur la durée de vie d’étude d’un projet, les différentes fiches FDES liées aux ouvrages ne sont pas historisée et évoluent dans la base de données INIES. De ce fait, une étude parfaitement valable 6 mois auparavant ne présente alors plus les mêmes résultats. Cela s’avère problématique quand des opérations sont suspendues et redémarrent. Difficile d’expliquer aux maîtres d’ouvrages une dégradation des performances à spécification identique.

Le E+/C- a fait se rencontrer deux métiers de notre bureau d’études, le thermicien et l’ingénieur en environnement, l’impact de la conception en thermique influe tant sur le poids carbone des matériaux que sur les émissions liées aux consommations. Emissions qui sont quantifiées par l’ingénieur en environnement avec son calcul d’ACV mais conditionnées par le thermicien qui s’évertue d’avoir la meilleure performance au meilleur coût.

Il y a donc là un travail itératif et collaboratif mais qui subis les mêmes déconvenues que sur l’ACV pure bien que le report de l’impact énergétique soit sur certaines suites logicielles automatisé.

En somme, tant que la chaîne de traitement des outils BIM ne permettra pas de gain de temps, il sera complexe de généraliser le BIM et d’y trouver son compte. La mise en place du BIM est coûteuse en matériel, en logiciels, en formation et en temps, naturellement sans véritable valeur ajoutée permettant un amortissement de ces investissements, il est complexe de se projeter pleinement.

Toutefois, nous constatons Les outils vont en s’améliorant, les éditeurs de logiciels font leur œuvre, mais il reste un chemin à parcourir avant d’aboutir à des solutions fluides, cohérentes et partagées. Nous voyons l’intérêt des maîtres d’ouvrage grandir, les collaborateurs monter fortement en compétence et donc la transition qui s’amorce.

Une vision du devenir du BIM et de l’ACV

Ces écueils ont fait l’objet de larges échanges au sein de la profession et régulièrement de nouvelles solutions voient le jour, les éditeurs de logiciels se saisissent de cela. Certaines solutions logicielles d’ACV proposent aujourd’hui de réaliser des calculs itératifs et multi hypothèses rapides afin de positionner un bâtiment et varianter les solutions en un délai très court. D’autres outils permettent de travailler plus rapidement le tri des matériaux par une classification « intelligente ».

Le monte du logiciel saura rapidement s’adapter et proposer dans la cadre de la RE2020 des outils qui épargnent les tâches fastidieuses et sans valeur ajoutée (métrés, saisies) pour consacrer les temps d’étude à la recherche de solutions qualitatives.

Le BIM permet une historisation des phases de conception et les bases de données seront, j’imagine très prochainement reliées aux outils. Outils qui comporteront au fur et à mesure des ensembles et sous-ensembles cohérents, exportables en format standardisé. Mais aussi une valorisation graphique des impacts Carbone et leur mise en valeur sur différentes itérations, variantes, phases de conception.

Nous pourrions même imaginer (à un certain horizon) que sur la base de l’intelligence artificielle, la conception des bâtiments soit grandement facilitée par l’exploration de multiples variantes tenant compte de très nombreux paramètres (climat, ressources, chaines d’approvisionnement, durabilité, recyclabilité). Le but étant de trouver le meilleur point d’équilibre de tous ces facteurs ou d’en favoriser un sans dégrader les autres.

Il conviendra de poursuivre nos efforts de formation continue et d’acculturation de la profession, que les cursus des techniciens, ingénieurs comportent un bagage BIM pour faire monter nos collaborateurs en compétence.

En conclusion, l’expérimentation E+/C- a permis d’identifier les forces et faiblesses du BIM sur le volet ACV, c’es d’ailleurs bien l’objet d’une expérimentation. Il reste du chemin à parcourir et la crise COVID nous a permis de mettre en place dans un délai rapide des solutions collaboratives. Cette crise repousse aussi par choix politique la mise en application de la RE2020. Même si le combat contre le réchauffement climatique ne doit pas connaître de répit, profitons de ces quelques mois de plus pour « affuter » nos outils et pratiques afin d’appliquer pleinement la RE2020 à l’été 2021.

Un article signé Julien Garnier, DGD de Cardonnel Ingénierie 

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 Se préparer à la RE2020 : enjeux et retours d'expérience

Ce dossier est composé de contributions des membres de la Fédération CINOV, des adhérents Construction21 et de leurs partenaires. En animant ce dossier, la Fédération CINOV concoure ainsi aux échanges et à la réflexion sur la future réglementation environnementale. Le contenu des articles sont néanmoins publiés sous la seule responsabilité de leurs auteurs.