[Dossier énergies renouvelables] #13 - Intégration solaire au bâtiment : au-delà du traditionnel PV sur toitures, l'opportunité de généraliser l’architecture solaire grâce au BIM solaire
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Alors que la transition énergétique est en plein essor, le monde du bâtiment reste plutôt discret voire en retrait de l'agitation médiatique s'agissant d'énergie solaire innovante et profitable.
Une opportunité est à saisir : la généralisation de bâtiments, en neuf comme en rénovation, dont l'architecture est résolument liée à leur capacité à maîtriser l’énergie solaire et produire tout au long du cycle de vie. BIM et simulation s’affirment pleinement sur cette thématique !
Contexte
Situé à la croisée des transitions numérique et énergétique, le concept d'intégration en 3D des paramètres de gisement solaire urbain et architectural permet de généraliser les approches d’architecture solaire et de systématiser les études de faisabilité des bâtiments à énergie positive, en validant très en amont les stratégies d’autoconsommation.
Dans le cadre de projets de R&D, dont H2020 européens, est développé un ensemble de services associés à une plateforme numérique de nouvelle génération développée par ENERBIM (BIMsolar®), utilisant les ressources 3D, CIM et BIM* de la maîtrise d'œuvre.
Le concept mis en avant affirme que CIM et BIM, couplés à la simulation solaire 3D urbaine et architecturale, permettent de générer des données fondamentales dès les premières études avec un grand degré de confiance et de flexibilité dans les choix tout en maîtrisant le risque financier. Le bâtiment, le quartier et la ville se dotent de nouveaux actifs énergétiques et financiers : leurs propres surfaces, productives, actives. De nombreuses externalités positives sont dégagées et évaluées dès les phases amont : facteurs bioclimatiques, esthétique, "enveloppe caméléon".
* City Information Modeling, Building Information Modeling
Méthodologie - Résultats
Le concept d’architecture et d’urbanisme solaires ne change pas les règles et les métiers. Il permet d'adresser pleinement le potentiel énergétique des façades - partie la plus noble, la plus développée mais la plus technique de l'enveloppe - et d'être un vecteur important de la réduction des coûts, car les matériaux sont déterminés en fonction des performances solaires et économiques dès les premières esquisses.
Le recours aux ressources 3D collaboratives et interopérables offre la possibilité de systématiser le concept, d’adapter les niveaux d’investigation, et d’optimiser les productions en fonction des consommations pour les bâtiments à haute performance énergétique : architectes, consultants et ingénieurs déterminent ensemble les propriétés techniques, énergétiques et économiques des systèmes solaires à intégrer ; ils élaborent et affinent les scénarios de consommations. Les actifs solaires sont virtualisés, intégrés en mode maquette numérique, et deviennent de nouveaux actifs numériques dans les processus BIM métiers.
De l’importance des composants multifonctionnels :
BIM et mode objet sont intrinsèquement et originellement liés. Les objets virtuels revêtent toutes les propriétés et les niveaux de détails que souhaitent leur conférer leurs concepteurs (industriels, innovateurs) au profit des utilisateurs du BIM. Pour les matériaux et les produits solaires intégrés à l’enveloppe du bâtiment, l’innovation repose sur le développement et la réplication de produits virtuels multifonctionnels entre espace de simulation et espace d’intégration à la conception BIM architecturale, puis technique. Il est désormais envisageable de développer des produits BIPV virtuels qui embarquent et échangent tant des propriétés esthétiques (matière, texture, couleur) que techniques (paramètres électriques, thermiques, optiques, mécaniques). Le BIM joue alors à plein son rôle d’agrégateur et de distributeur de données vers les solutions spécialisées (BIM conception, logiciels de simulation, Réalité Virtuelle et Mixte).
Références - Perspectives
Ce sujet fait l'objet d'un intense programme d'innovation européenne de la part de consortia d'experts, et voit sa concrétisation dans de nombreux bâtiments témoins (projets PVSITES, BIPVBOOST) et programmes de dissémination (DEM4BIPV, Architectural Solar Association).
Ainsi sont démontrées les vertus d’un grand nombre de configurations de toitures et de façades, ainsi que d’ombrières BIPV, sous l’angle technique et économique :
Le principal obstacle à la démarche d’intégration solaire en architecture reste l’appréhension du surcoût des installations et des difficultés inhérentes de certification technique, car il s’agit souvent de modules et de matériaux non standardisés.
L’apport du BIM vise justement à concentrer les efforts de dimensionnement technique et économique le plus en amont des études de faisabilité, par son pouvoir d’agrégation collaborative des données et la grande flexibilité de livrables que procurent les solutions numériques.
Exprimer, via le BIM, la valeur ajoutée de solutions solaires innovantes est une partie de la solution, et elle devrait inciter les acteurs industriels à valoriser leurs innovations au cœur des espaces de travail et de prescription du BTP et de la transition énergétique vers les EnR.
Le déploiement de ces bonnes pratiques sur le marché français, désormais premier potentiel à l'échelle européenne pour la décennie à venir, est donc lancé !
Un article signé Philippe Alamy (EnerBIM – Directeur Associé et Responsable Programmes BIPV)
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