[Focus Green Solutions #4] Tour d'horizon des solutions pour le confort d'été des usagers

Dans la lignée des sujets qui font l'actualité du secteur, cet article panorama couvre, analyse et met en parallèle un éventail de solutions qui améliorent le confort d'été au sein des bâtiments. Le confort d'été constitue en effet l'un des trois objectifs principaux de la RE2020. Deux seuils sont fixés pour le mesurer et le prendre en compte dans la conception des projets : le Bbio et un nouvel indicateur, le degrés-heures. L'intérêt pour cette problématique ne fait que s'intensifier à l'heure où les vagues de chaleur deviennent de plus en plus récurrentes. 

La conception bioclimatique : le confort d'été intégré à la conception des projets

La conception bioclimatique met en place des principes d'architecture qui permettent de tirer profit des caractéristiques et particularités du lieu d'implantation d'un projet. Elle vise ainsi à offrir le meilleur confort thermique, de la façon la plus naturelle possible. Le confort d'été devient alors un des buts guidant les choix constructifs et, ce, dès la phase de conception. Une multitude d'actions peuvent être mises en place, sur différents postes.

Le confort d'été en climat tropical, chaud et humide 

Les constructions des territoires qui font face à un climat chaud et construisent de manière bioclimatique depuis toujours sont une excellente source d'inspiration quand il s'agit de confort d'été. C'est le cas, notamment, des bâtiments situés dans les territoires d'outre-mer.

On y trouve des exemples de bâtiment permettant de favoriser une ventilation naturelle tout en garantissant des températures intérieures confortables, même en périodes de fortes chaleurs et, cela, sans avoir recours à la climatisation. Des solutions simples se mêlent à des systèmes un peu plus techniques, parfois inspirés de traditions architecturales anciennes. Prenons le cas de la Médiathèque du Sud Sauvage à La Réunion : pour éviter de générer une bulle étanche à l’extérieur, chaque entité est optimisée en termes d’orientation et de protection solaire. Une cheminée thermique accroît le tirage d’air et améliore la ventilation naturelle. Ce système consiste à placer des ouvertures stratégiques dans le bâtiment pour tirer parti du vent. Ainsi, une différence de pression est créée entre les différentes faces du bâtiment et des courants d’air dits d’équilibrage sont générés. En ce sens, le projet reprend les aspects fondamentaux de l'architecture réunionnaise. Le bioclimatisme permet ainsi de s'appuyer sur des moyens simples, ceux du bon sens, pour retrouver le confort que les anciens assuraient grâce à leur savoir-faire. Pour prévenir des vagues de chaleur trop fortes, il est également possible d'ajouter des dispositifs de ventilation à faible consommation d'énergie. Le Siège du parc national de la Guadeloupe illustre cela. Des brasseurs d'air plafonniers ont été installés dans les pièces où les températures sont susceptibles de dépasser des seuils de confort, ce qui n'empêche pas le bâtiment d'être quand même à énergie positive. Bonus : ces systèmes sont invisibles de l'extérieur du bâtiment, contrairement aux climatisations, et n'affectent donc en rien la continuité architecturale.

Une autre stratégie consiste à agir sur la végétalisation dans et autour du bâtiment. Les sols environnant le Siège du parc national de la Guadeloupe sont végétalisés à plus de 90% grâce à la plantation d'espèces d'arbres qui créent des ombrages sur les espaces extérieurs et sur les bâtiments, sans perturber l'écoulement du vent. La canalisation de la ravine au cœur du bâtiment permet d'obtenir un potentiel supplémentaire d'évapotranspiration. Ces seules mesures ont amené un abaissement de 1 à 3 °C de la température ambiante à la périphérie du et dans le bâtiment ! De plus, la biodiversité locale est préservée ; cette solution est donc exemplaire sur bien des aspects. 

Il est clair que les températures sont en majeure partie dépendantes de l'exposition directe au soleil de la pièce. Les protections solaires optimisées constituent alors un autre poste sur lequel agir pour améliorer le confort d'été d'un bâtiment. Pour des résultats optimaux, il faut d'abord étudier le climat local. Par exemple, pour concevoir le Siège de l'Ordre des Architectes Réunion / Mayotte, implanté dans la ville de Saint Denis à La Réunion, plus d'efforts ont été concentrés sur les façades ouest et est du bâtiment, pensées en pignon opaque. En effet, sur l'île ce sont ces façades qu'il faut protéger au maximum. Les façades nord et sud, elles, bénéficient de larges ouvertures protégées par des brise-soleils horizontaux complétés au sud par des joues de protection solaires. Tout cela en ouvrant un marché du réemploi de matériaux de construction sur le territoire ! De l'autre côté de l'équateur, les façades à protéger en priorité ne sont pas les mêmes. C'est donc un sujet à traiter avec attention lors d'une recherche de démarches constructives réplicables.

Cette liste n'est pas exhaustive, il est également vertueux d'agir sur la compacité du bâtiment (contrôler les surfaces en contact avec l'extérieur pour réduire les déperditions thermiques) ou la perméabilité à l'air (réduire les ouvertures pouvant causer des courants d'air). Ces indicateurs donnent cependant parfois des conclusions contraires. Pour une bonne conception bioclimatique, il faut donc modéliser diverses situations pour le projet concerné et, selon son contexte, déduire celle qui est optimale.

Siège du parc national de la Guadeloupe : schémas des apports bioclimatiques - crédits photos : Atelier 13
 

Et en France métropolitaine ?

Le besoin n'est pas aussi important qu'en climat tropical, mais avec les exigences en termes de confort d'été de la RE2020, de nombreux projets intègrent des apports bioclimatiques dans la conception des bâtiments.

C'est notamment le cas de bâtiments qui accueillent des personnes vulnérables aux températures extrêmes. Par exemple, les 12 logements passifs pour seniors et à mobilité réduite de la commune de Saint Lupicin dans le Jura ont mis en place plusieurs actions - en lien avec la recherche d'un bâtiment passif - qui permettent de respecter des températures intérieures dépassant rarement les 25°. Ainsi, les populations seniors sont protégées des fortes chaleurs, qui ont atteint jusqu'à 38° en extérieur dans cette commune. Une remarque intéressante à souligner ici est que les porteurs de projets précisent souvent que l'efficacité thermique de certaines solutions, telles que les brise-soleils orientables, dépend aussi d'une bonne gestion de la part des occupants. Des facteurs ne peuvent être contrôlés lors de la conception et leur impact se dévoile dans la phase d'usage. Ici précisément, deux réunions d'informations et un livret d'accueil ont été proposés afin de sensibiliser les occupants au fonctionnement passif de leur logement. 

Une technique développée consiste à choisir des matériaux de construction à forte inertie ; cette dernière étant liée au type de matériau, à leur orientation et à la technique constructive. Nous pouvons citer ici des projets qui utilisent de la terre crue pour favoriser cette inertie ; une option bien plus durable que le béton. L'immeuble de bureaux à usage convertible Lowcal Enertech l'allie à une bonne isolation, à des menuiseries bois triple vitrage à haut facteur solaire accompagnées de brise-soleils ou de volets et à une réduction des apports internes (bureautique performante, etc). L'objectif est une température intérieure supérieure à 28° moins de 40 heures ouvrables par an ; objectif largement respecté pour l'été 2017. Petit plus : le coût constaté de 1 120 € HT/m² SHON (hors VRD). L'Orangery: un bâtiment en terre crue au sein de Confluence consiste également en un projet exemplaire d'utilisation de la terre crue pour assurer le confort d'été des usagers. 

Au niveau de la végétalisation, l'Office intercommunal de tourisme Cèze / Cévennes présente un projet atypique mais performant : un dôme géodésique végétalisé constitué d’une ossature en bambous d’Anduze. Ce petit bâtiment est recouvert d'un "manteau" végétal, qui offre inertie et rafraîchissement naturel pour une structure passive au bon confort thermique. Une casquette végétale protège également la large baie vitrée orientée sud des rayons du soleil les plus puissants. Plus classique, dans les espaces denses, on peut profiter de la toiture pour végétaliser et ainsi refroidir le bâtiment. La végétalisation innovante du bâtiment Respiro en est une bonne illustration. Il porte bien son nom car il offre un bol d'air frais dans la dense banlieue parisienne. 

Office intercommunal de tourisme Cèze / Cévennes - crédits photo : Jean François Daures. / Nic Geraerdt

Projets illustrant ce paragraphe :

• Médiathèque du Sud Sauvage
• Siège du parc national de la Guadeloupe
• Siège de l'Ordre des Architectes Réunion / Mayotte
• 12 logements passifs pour seniors et à mobilité réduite
• Lowcal Enertech
• L'Orangery: un bâtiment en terre crue au sein de Confluence
• Office intercommunal de tourisme Cèze / Cévennes
• Végétalisation innovante du bâtiment Respiro

Ressources supplémentaires :

• [Urgence Climatique] 3 questions à Julien Hans, Directeur Énergie Environnement du CSTB - Grenoble
• #4 Construire bioclimatique en climat tropical et à la Réunion : le regard de l’architecte Antoine Perrau

Rénover le parc existant pour un meilleur confort d'été face au réchauffement climatique

Alors qu'il est plus facile de contrôler le confort thermique sur une construction neuve, l'urgence climatique et les impacts écologiques de la démolition et de l'artificialisation des sols nous appellent à arrêter de "jeter" les bâtiments comme s'ils étaient à usage unique. Dans cette optique, comment améliorer le confort d'été des usagers grâce à un projet de rénovation ? 

Renforcer l'isolation des bâtiments existants reste la meilleure manière d'équilibrer les températures à l'intérieur. L'isolation se fait aussi au niveau des vitrages avec du double, triple vitrage à fort contrôle solaire. C'est le cas du siège social de l'Agence d'Urbanisme et de Développement de Guyane (AUDEG). Le bâtiment initial était déjà exemplaire dans l'utilisation de matériaux locaux et avec la présence de nombreuses ouvertures en façades et d'espaces traversants. Pourtant, le confort thermique n'était pas suffisant et 63% de la consommation électrique découlaient de la climatisation. Pour sa rénovation, de l'isolation a été installée dans les combles et les menuiseries ont été remplacées par d'autres plus étanches avec un vitrage antelio (un verre à couche de contrôle solaire). Une modélisation numérique thermique a également pointé du doigt le mauvais positionnement de l'auvent, qui ne couvrait pas suffisamment du soleil. Il a donc été remplacé par un large brise soleil horizontal. Ce projet montre également que le confort d'été peut être amélioré par la mise en place d'équipements bureautiques / électroménagers plus performants, car ils contribuent aussi à la surchauffe.

À Paris, la rénovation globale avec toiture partagée de la Résidence de la Reine a permis d'améliorer drastiquement le confort d'été des habitants. Une nouvelle « peau extérieure » du bâtiment a été mise en place ; elle intègre l’isolation thermique, la protection solaire et l’occultation. À cela s'ajoute une toiture terrasse végétalisée rendue accessible avec jardins partagés, apportant plus de confort aux usagers.

Néanmoins, toutes les isolations n'offrent pas des améliorations thermiques égales. En effet, l'utilisation de matériaux biosourcés et géosourcés en isolants sont encore plus performants, grâce à leur déphasage thermique et à leurs propriétés respirantes. Pour la Résidence Desnouettes, une isolation extérieure des façades biosourcée a été entreprise, via la mise en place de panneaux de fibre de bois. Dans le même arrondissement parisien, le projet ITE en bottes de paille - Convention (15e) est basé sur une ossature bois-paille, mais avec une innovation qui permet l'utilisation d'une plus grosse proportion du 2ème matériau. Le renouvellement de la paille est annuel et sa disponibilité immense, puisque 10% de la paille produite et non utilisée par les usages agricoles suffirait à isoler les bâtiments neufs construits chaque année. Sur ce principe, ponctionner la paille excédentaire sur une durée de moins de quinze ans permettrait d’isoler la totalité du parc bâti. Enfin, pour la Réhabilitation d'une vieille étable en maison individuelle - un autre type de bâtiment - le choix des biosourcés s'est porté sur un enduit de façade à base de chaux et de chanvre. Grâce à cette solution, la maison bénéficie d'un excellent confort d'été. La forte effusivité thermique du produit utilisé est de 156 J/K.m².s1/2. Cela permet d'avoir un bon déphasage thermique : 4h20 d'inertie supplémentaire à celle du mur en pisé, pour une épaisseur de 8 cm d'enduit.

De ce dernier paragraphe, nous pouvons déduire une formule efficace pour rénover les immeubles verticaux énergivores : isolation en biosourcés, contrôle des protections solaires et toitures végétalisées. Un modèle à massifier !

ITE en bottes de paille - Convention (15e) - crédits photo : Edouard Vermes

Projets illustrant ce paragraphe :

• AUDEG
• Résidence de la Reine : Rénovation globale avec toiture partagée
• Résidence Desnouettes - Isolation biosourcée
• ITE en bottes de paille - Convention (15e)
• Réhabilitation d'une vieille étable en maison individuelle

Ressources supplémentaires :

• Confort d’été et rénovation énergétique, quels éléments prendre en compte ?
• Matériaux biosourcés : quels avantages pour la rénovation énergétique ?
• La conception bioclimatique en rénovation

Des solutions technologiques pour un impact plus important

Pour certains projets, les intervenants ont fait le choix de compléter les apports bioclimatiques par des systèmes mécaniques, plus au moins high-tech, qui renforcent la ventilation et/ou le rafraîchissement pour un meilleur confort thermique. 

Comme mentionné plus haut, un obstacle rencontré par les porteurs de projets est qu'ils ne peuvent assurer la bonne gestion des systèmes mis en place par les usagers du bâtiment. Cela peut compromettre les projections de températures conduites en phase conception. Un poste important à ce sujet est la ventilation et diverses solutions permettent d'automatiser les ouvertures. Par exemple, pour la Surélévation à Malakoff, des fenêtres Velux sont mobilisées dans les combles comme alternative frugale aux solutions traditionnelles de ventilation entièrement mécanisées. Les chambres et la salle de bain bénéficient ainsi d'ouvertures automatiques ou programmées qui permettent de diminuer plus rapidement les pics d'humidité ou de pollution de l'air intérieur. Pour ce projet, la solution est déclinée à un usage privé, mais elle se retrouve plus communément dans les bâtiments tertiaires. Ceux-ci accueillent un grand nombre d'usagers, de différents types et qui varient au fil du temps. De plus, ils risquent de ne pas se sentir responsables de la bonne gestion du bâtiment comme ils pourraient l'être avec leurs propres logements. C'est le cas, entre autres, des complexes scolaires / éducatifs où les usagers changent chaque année et sont parfois trop jeunes pour appliquer les règles à la lettre. Lors de la construction de l'Ecocampus Provence, des systèmes numériques de suivi ont été installés pour tous les postes d'énergie. La ventilation est programmée à l'avance. Le contrôle des pare-soleils est centralisé au secrétariat. Enfin, un livret d'explication et une session de formation ont été fournis aux usagers à la livraison du campus. Une installation similaire a été incorporée dans le projet du Lycée International Lucie Aubrac. De même, le Campus Now Living Spaces inclut des stores motorisés et programmable afin de mieux limiter la chaleur liée à l'exposition au soleil, qui est parfois vif à Toulouse.

Une autre catégorie de solution consiste à utiliser le génie climatique pour optimiser l'utilisation d'énergie liée au rafraîchissement pour les immeubles qui ne peuvent se reposer uniquement sur la ventilation naturelle. Pour la Transformation du garage Ford Galliéni en bureaux, une sur-ventilation assurée par une centrale de traitement d'air (CTA) double flux avec récupération d'énergie utilise la fraîcheur nocturne pour évacuer la chaleur accumulée au cours de la journée. De plus, un module adiabatique accolé à la CTA permet de recycler l'air chaud et de minimiser le besoin de recourir à la climatisation active lors de périodes prolongées de chaleur intense. La distribution de froid et de chaud a été confiée à un système 4 tubes piloté par une supervision "intelligente", qui permet de distribuer le chaud et le froid dans les locaux, tout en alimentant les ventilo-convecteurs et les batteries d'eau de la CTA. Le fil conducteur du projet était donc de mettre la technologie à profit du confort d'été et du bien-être des employés, tout en essayant de minimiser l'impact environnemental. Pour le bâtiment Vela Verde, une pompe à chaleur avec stockage d'énergie froid et chaud a été mise en place. Elle fonctionne sur une plage de température allant de -35°C à +55°C et permet ainsi de rafraîchir le bâtiment quelles que soient les conditions extérieures, y compris en période de canicule, grâce à un module intégré avec des matériaux à changement de phase.

Transformation du garage Ford Gallieni en bureaux : schéma d'installation adiabatique

Projets illustrant ce paragraphe :

• Surélévation à Malakoff
• Ecocampus Provence
• Lycée International Lucie Aubrac
• Campus Now Living Spaces
• Transformation du garage Ford Galliéni en bureaux
• Vela Verde

Ressources supplémentaires :

• Confort d’été : comment assurer le confort des usagers avec des solutions durables et responsables ?

En bref

Sujet à mi-chemin entre transition écologique et santé, le confort d’été a déjà trouvé sa place dans le catalogue des projets de bâtiments durables, que ce soit pour les rénovations ou les constructions neuves. Les projets présentés dans cet article nous offrent un ensemble de solutions, dont l'impact varie selon l’historique du bâtiment, son contexte géographique, le climat, etc. Néanmoins, la majorité des opérations met en place un mix de solutions - isolation thermique, apports bioclimatiques, végétalisation, systèmes plus ou moins high-tech - car une solution n'est souvent pas suffisante, et ne le sera définitivement pas dans un futur proche. 

Derrière ce sujet, deux problématiques peuvent être soulignées. Tout d'abord, la recherche continuelle d'innovations technologiques pour assurer un bon confort thermique dans tout contexte peut amener des questions d'éthique sur les compromis acceptables. Une piste serait de considérer qu'assurer le confort d'été, ce n'est pas changer le climat mais s'adapter à celui autour de nous. De plus, c'est un sujet aux enjeux socio-économiques. En effet, il faut trouver des solutions hautement réplicables et à faible coût pour garantir le confort d'été de tous, évitant ainsi que cela devienne une source de discrimination de plus en plus forte quand les effets du dérèglement climatiques s'intensifieront. 

Article rédigé par Mariette Guermonprez - Construction21, La rédaction

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