#17 - BIM & RE2020: l’utilisation de la maquette numérique pour maîtriser les enjeux environnementaux
Gabrielle MILLAN
À l’heure du déploiement de la RE2020, la maquette numérique et l’usage du BIM apparaissent comme de véritables outils de simulation environnementale aussi bien au stade de la programmation et de la conception, qu’au moment des choix des matériaux et ouvrages sur le chantier. Le recyclage et le réemploi, parties prenantes de cette nouvelle réglementation thermique, s’invitent dans nos réflexions grâce au concours des maquettes numériques.
Ces dernières permettent de projeter de multiples scénarios possibles à tous les stades de vie de l’immeuble, en prenant en compte des paramètres environnementaux et techniques complexes jusqu’à l’anticipation de la fin de vie des ouvrages. C’est ainsi que le prédictif s’immisce dans la conception afin de choisir in fine la version optimale du projet qui permet de répondre à la RE2020 et plus largement aux nouveaux enjeux climatiques.
Calcul RE2020 et le Building Energy Modeling BEM
La RE2020 se distingue des réglementations thermiques qui la précèdent puisqu’elle englobe aussi l’impact carbone et les émissions de gaz à effet de serre. Cette nouvelle réglementation ne se limite ainsi pas au volet de consommation d’énergie de la RT2012. On passe de 3 indicateurs à 6 indicateurs avec en particulier des calculs sur l’énergie carbone qui font leur apparition : l’IC Energie et l’IC Construction.
Dans la maquette numérique, le format IFC4 est capable de porter ces informations. En effet les propriétés environnementales peuvent être intégrées dans les objets numériques de la maquette BIM. Le calcul IC Construction est un quantitatif de chacun des produits d’équipements du bâtiment. Chaque quantité est associée à une donnée environnementale correspondante pour calculer l’impact environnemental du bâtiment. On entre dans l’ère du calcul ACV d’analyse du cycle de vie du bâtiment sur 50 ans.
Le calcul énergétique est facilité par l’usage de la maquette numérique car on peut détecter les ponts thermiques dans le modèle BIM. Les maquettes s’inscrivent bien dans cette dynamique environnementale avec les quantités dans les objets numériques. L’approche carbone se rajoute à cette approche de calcul énergétique. Afin de simuler le comportement bioclimatique du bâtiment et aider à la décision, la maquette numérique est chargée dans l’environnement de travail de logiciels tels que ClimaBIM, Archiwizard ou ThermBIM pour y étudier des scénarios thermiques variés. L’éco-conception consiste à mettre au 1er plan la réduction des impacts environnementaux donc on va challenger les dispositions constructives et techniques au regard de l’artificialisation des sols, de la consommation énergétique et des émissions de gaz à effet de serres notamment. Pour analyser plusieurs variantes et choisir celle la moindre engageante pour l’environnement.
Le thermique VS l’environnemental dans le modèle BIM
Deux approches de calcul différentes permettent de traiter les aspects thermiques et environnementaux au travers des modèles BIM.
Il y a d’abord un retraitement nécessaire de la maquette fournie par un architecte, car les critères nécessaires aux calculs de la RE2020 y figurent partiellement. La raison à cette situation est un manque de directives liées à la thermique et à l’environnement au sein des cahiers des charges BIM des maîtres d’ouvrage. Cela conduit les concepteurs à ne pas renseigner la totalité des données nécessaires aux calculs du thermicien. Par conséquent, la maquette de l’architecte est extraite en IFC et intégrée dans un outil BIM métier dédié aux calculs RE2020. Les éléments de base sont conservés notamment les affectations d’usages et les volumes. Le bureau d’étude en charge du volet RE2020 va alors rajouter les données dont il a besoin dans les objets numérique de la maquette afin qu’elle soit complète et qu’il puisse effectuer ses calculs à partir du modèle BIM. Il s’agit en particulier les informations liées à la performance énergétique des éléments de la maquette numérique. Ensuite, les deux aspects de la RE2020 sont traités différemment dans la maquette numérique. Pour les indicateurs liés à la thermique, le sujet est traité de façon surfacique alors que pour les indicateurs environnementaux, il s’agit d’un sujet de volume.
Dans les deux cas il faut extraire des données de la maquette IFC pour le calcul thermique et d’autres données pour les aspects environnementaux. Pour la thermique on utilise le standard GXML pour réaliser les calculs STD.
Pour le calcul énergétique de l’empreinte carbone du bâtiment, on procède à l’intégration des données FDES pour chaque quantité et chaque prestation dans les objets numériques de la maquette BIM. On se base sur les bordereaux de réponse des entreprises qui indiquent les ouvrages et équipements qui seront intégrés, et on recherche les fiches FDES afférentes. Cela permet de calculer le poids carbone du bâtiment.
IT For Green : l’optimum énergétique et bas carbone
La RE2020 a été mise en place notamment afin de réduire l’empreinte carbone des bâtiments et de poursuivre l’ambition de diminution des émissions de gaz à effet de serre GES en contribuant parallèlement à faire baisser les consommations énergétiques. Pour atteindre ces objectifs, il faut pouvoir simuler le comportement du bâtiment pendant son cycle de vie. C’est ainsi que l’usage de la maquette numérique prend tout son sens puisque justement elle permet cette approche de travail en simulations. On parle d’IT for Green : les données numériques liées à l’environnement et à la thermique nous permettent, comme évoqué précédemment, de procéder aux calculs règlementaires. Mais cet usage de la maquette numérique va plus loin : il s’agit, sur une même durée de conception de projet, de simuler autant que faire se peut l’ensemble des scénarios environnementaux possibles. Nous arrivons alors à déterminer le scénario bioclimatique adapté qui à la fois nous permet de répondre à la RE2020 mais aussi d’y répondre de façon optimale. Sans usage de la maquette numérique, il est évidemment possible de procéder à ces calculs, mais sans l’aide du modèle BIM, moins de scénarios seront étudiés sur un même laps de temps. La maquette numérique est ainsi à la fois un outil de calcul efficace, mais aussi un outil qui permet de gagner en productivité pour les équipes de maîtrise d’œuvre et les entreprises de bâtiment. On entre dans l‘ère de l’optimisation de l’éco-conception qui favorise une conception bas carbone optimale.
Anticipation de la fin de vie et recyclabilité
La RE2020, au travers des nouveaux calculs d’empreinte carbone du bâtiment sur cinquante ans, nous oblige à repenser l’acte de construire en profondeur. En effet, pour être en adéquation avec les standards de la RE2020, les filières de production de matériaux, matériels et équipements doivent s’adapter et envisager à présent la fin de vie et la recyclabilité des produits qu’ils proposent. Cet indicateur de la RE2020 prend en compte les bénéfices et charges liés à la valorisation en fin de vie et à l’export d’énergie pour chaque ouvrage du bâtiment. On parle d’ACV du bâtiment : Analyse du Cycle de Vie. L’usage de la maquette numérique va permettre de calculer l’ACV réglementaire RE2020 grâce aux fiches FDES intégrées aux objets numériques avec des logiciels comme One Click Lca. Pour aller plus loin, l’analyse de circularité est également possible dans le modèle BIM en envisageant la ré-employabilité des ouvrages et l’anticipation de leur fin de vie au travers de calculs sur les objets numériques qui les représentent. C’est ce que propose Sitowie avec l’outil Predibat qui s’appuie sur le modèle BIM pour simuler le comportement du bâtiment et accompagner les acteurs de l’immobilier dans l’anticipation du vieillissement des actifs. Ces outils qui utilisent largement les modèles BIM permettent une approche de décarbonation et des économies financières en mettant en lumière le traitement du vieillissement dès le calcul RE2020 en amont d’une construction.
Empreinte carbone pendant l’exploitation
Le fait qu’un actif possède un jumeau numérique va avoir un impact sur son empreinte carbone et peut s’anticiper dès les calculs RE2020. En effet, le jumeau numérique est cette carte d’identité du bâtiment permettant de retrouver l’ensemble des actions qui s’y sont déroulées. C’est ainsi que la maquette numérique est une base de données fiable relatant la vie d’un actif immobilier. Nous avons alors ici un outil de travail permettant d’optimiser fortement la maintenance des bâtiments puisque l’information peut y être retrouvée plus rapidement. Des outils dits de BIM exploitation permettent de géoréférencer et géolocaliser les données d’utilisation du bâtiment au sein du modèle BIM. À partir de là le bâtiment peut communiquer avec son jumeau numérique grâce à des outils tels que Spacewell développé par Nemetcheck. Un équipement en panne va être signalé directement dans la maquette numérique et sera visible par le mainteneur. Plus largement ces nouveaux outils de GMAO ayant recours aux maquettes numériques permettent d’optimiser l’empreinte carbone du bâtiment grâce à des réactions plus rapides face aux situations rencontrées. Par exemple, si une fuite est détectée sur un réseau et que l’information remonte dans l’outil GMAO utilisant la maquette numérique, le mainteneur va la géolocaliser rapidement et ainsi procéder aux réparations sans attendre des dégâts d’ampleur sur les ouvrages du bâtiment. On réduit ainsi l’empreinte carbone de l’immeuble en intervenant plus efficacement dans sa gestion quotidienne, s’évitant ainsi des réparations plus fréquentes, des déplacements physiques supplémentaires et des travaux.
Conclusion
Comme nous venons de l’exposer, l’usage de la maquette numérique est un réel atout pour aider à la mise en place de la RE2020 sur les projets immobiliers. Nos modèles économiques doivent évoluer vers l’économie circulaire pour accompagner ces changements profonds sur l’acte de construire et d’exploiter. Néanmoins, les modèles énergétiques et environnementaux avec le concours du BIM sont encore mitigés. En effet les usages de Building Energy Modeling BEM ne sont pas suffisamment anticipés dans les modèles cela veut dire que les maquettes des architectes n’intègrent pas les bonnes données pour faire les simulations énergétiques et environnementales. Les bureaux d’études ont à ce jour beaucoup de retraitement de données pour faire leurs calculs RT sur la base d’une maquette car c’est un usage encore souvent optionnel dans les cahiers des charges BIM des maîtres d’ouvrage. Il y a encore des freins d’interopérabilité des modèles car tous les formats de maquettes numériques n’intègrent pas les données énergétiques. Il faudrait que les informations renseignées dans la maquette dans le logiciel métier thermicien puissent être réinjectées automatiquement dans la maquette partagée afin de bénéficier des avantages d’un unique référentiel BIM entre l’architecture et l’ingénierie bioclimatique.
Malgré les nombreuses pratiques de travail à améliorer, l’usage du BIM est une des seules issues qui s’offre à nous pour optimiser l’éco-conception des bâtiments face aux enjeux de notre époque. La RE2020 peut être un accélérateur de l’intégration de données énergétiques au sein des projets au sens large et dans les modèles BIM.
Un article signé Gabrielle Millan, Directrice Conseil et Formation à Using City
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