Concevoir des piscines basse consommation, plaidoyer utile

Par Alain GARNIER ingénieur et directeur du bureau d'études GARNIER à Reims.

Concevoir une piscine aujourd'hui nécessite beaucoup de techniques et exige donc des connaissances approfondies de la part des concepteurs. (voir article « Basse consommation et piscines publiques du futur »). Certains diront que rien n'évolue vraiment depuis 40 ans. Ce n'est pas tout à fait faux et ce n'est pas tout à fait vrai !

Bassin sportif du futur Centre Aquatique de Saint Bonnet-En-Champsaur (Hautes-Alpes)
Architecte Jean-Pierre MARCHAND à Embrun - Bureau d'études Energie & Fluides A. GARNIER à Reims

C'est presque toujours l'architecte qui donne les orientations majeures et on se retrouve bien souvent avec un bâtiment non passif, dépourvu de techniques performantes et donc très consommateur en énergie. Il devrait être beaucoup plus attentif au problème de l'énergie et ne pas simplement penser au caractère ludique à donner à son bâtiment.

Particulièrement en France, il est difficile de faire diminuer rapidement les consommations sur ce type de bâtiment et projet très spécifique. Il y a l'absence de réglementation thermique qui a conduit à trop de mauvaises habitudes et, de là, il s'est créé des aprioris de la part de certains AMO (Assistant à Maîtrise d'Ouvrage) et concepteurs «experts en piscine».

Comme pour tous les types de bâtiments et projets où l'efficacité énergétique est recherchée en objectif prioritaire, il est nécessaire de repartir des fondamentaux pour atteindre de nouvelles solutions innovantes. Comme le montrent quelques rares réalisations récentes, les bons résultats sont éloquents.

Entrée du futur Centre Aquatique de Saint Bonnet-En-Champsaur (Hautes-Alpes)
Architecte Jean-Pierre MARCHAND à Embrun - Bureau d'études Energie & Fluides A. GARNIER à Reims

A titre personnel, certains choix m'interpellent :

1/ Pourquoi ne pas avoir recours plus souvent et même obligatoirement aux couvertures thermiques sur les bassins en période de non utilisation ?

En effet, cela permettrait de diminuer l'évaporation et le rayonnement et on aurait pratiquement plus besoin de déshumidification réduisant ainsi le chauffage et la ventilation ou le fonctionnement du système thermodynamique.


2/ Pourquoi ne pas avoir recours plus souvent aux toitures transparentes amenant plus de rayonnement solaire plutôt que des toitures opaques, voire même végétalisées ?

En période d'utilisation, on pourrait chauffer le hall et les bassins en solaire passif une bonne partie de l'année par ciel clair.


3/ Pourquoi ne pas récupérer l'eau de pluie destinée à l'arrosage ou aux WC ?

On a déjà trop d'eau à rejeter provenant du lavage des filtres ; on pourrait en recycler une partie en ayant recours à l'ultrafiltration. On récupérerait, non seulement l'eau, mais sa chaleur. L'autre partie décantée et filtrée pourrait être mélangée à l'eau de pluie pour réaliser le prélavage des filtres qui représente la plus grosse consommation en eau.


4/ Pourquoi réchauffer les bassins en 48 h- ce qui exige une puissance de chaudières énorme engendrant le reste du temps un « rendement de chaudière » très faible ?

En réchauffant les bassins en 72 ou 120 h, on aurait une puissance chaudières moindre, avec un rendement de celles-ci nettement amélioré.


5/ Pourquoi ne pas utiliser plus souvent des chaudières à condensation- ce qui permettrait un gain de 14 à 16% ?

Installer un récupérateur à condensation pour le préchauffage de l'eau des piscines - c'est bien, mais le gain n'est que de 16% de 23% de la part des besoins attribués aux bassins.
Installer un récupérateur à condensation pour l'ensemble des besoins - c'est mieux, car le gain est alors de 14 à 16% de la totalité des besoins calorifiques.


6/ Pourquoi installer des capteurs solaires thermiques pour la production d'eau chaude sanitaire en piscine ?

On réalisera un gain sur ces besoins de 35% qui ne représentent que 3% des besoins globaux, soit un gain d'environ 1% sur la consommation globale et en ayant investi 50 000 à 80 000 € HT. Il sera préférable, avec cette même somme, de se payer une machine à absorption qui réalisera un gain d'environ 35% sur les besoins globaux.
De plus, si la déshumidification - j'ose espérer est thermodynamique -, on utilisera la chaleur de réjection provenant du condenseur et les capteurs solaires thermiques ne seront plus nécessaires.


7/ Pourquoi ne pas avoir plus souvent recours à un free-cooling naturel et non mécanique en été ?

On gagnerait beaucoup en consommation électrique.


8/ Pourquoi alimenter les échangeurs à plaques avec des vannes trois voies de régulation montées en décharge ou en répartition plutôt qu'en mélange ?

On pourrait, non seulement, respecter l'équidébit réclamé par les constructeurs pour rester en régime turbulent et ne pas décrocher en puissance, mais, surtout, sortir des échangeurs à basse température en faisant condenser les chaudières au maximum.


9/ Pourquoi ne pas recourir aux capteurs solaires à tube sous vide pour produire le froid nécessaire à la déshumidification thermodynamique une partie de l'année ?

Avec une machine à absorption à réchauffage indirect on produit du froid dès lors que le bouilleur est alimenté à plus de 70°C.


10/ Pourquoi ne pas profiter de la construction d'un centre aquatique pour réaliser un Eco Quartier en se servant de la surpuissance des chaudières due à la mise en température des bassins ?

On alimenterait ainsi un réseau de chaleur d'un Eco Quartier et améliorerait le rendement de celles-ci en évitant un second investissement.

• Il y a surtout le manque de réglementation thermique - comme il l'a été dit précédemment. La consommation pourtant abyssale d'une piscine, pense-t-on, n'est pas inéluctable.
• Il y a également le manque de recherche des équipes de conception qui dessinent « du ludique » avec quelques panneaux solaires bien visibles faisant plaisir au jury - mais cela peut s'avérer insuffisant pour obtenir un projet équilibré BBC. Il faut nécessairement creuser plus et travailler une architecture passive combinée avec des équipements performants recourant le plus possible aux EnR.
  Il y a, c'est vrai, une incidence sur le coût des travaux mais compte tenu du coût d'exploitation dû à l'énergie, le temps de retour est particulièrement court.
• Il y a aussi la rédaction des candidatures qui impose pratiquement un architecte spécialiste en piscine. "Les places sont prises". Et les jeunes architectes et bureaux d'études le savent bien, pour être retenu lors de candidatures, il faut des références et, pour avoir ces dernières, il faut gagner des concours.
  - Pourquoi, lors des concours, en particulier de la phase candidature, sur 4 candidats, ne pas retenir 2 spécialistes et 2 proches de la spécialité et connaissant bien les bâtiments passifs ?
  - Pourquoi est-il laissé le soin à l'architecte de faire le choix du bureau d'études énergie et fluides ?
  Celui-ci pourrait être choisi par le MO, comme l'est déjà le bureau de contrôle, indépendance oblige !!
  Là aussi, ça ne va pas dans le sens de la performance mais du confort financier de certains qui choisissent leur bureau d'études en fonction des honoraires qui leur sont accordés.
• Il y a aussi des égos à ménager. Le mandataire est l'architecte et l'énergéticien aura du mal à le conseiller et à se faire entendre d'autant plus s'il n'est même pas présent lors des premières esquisses, comme cela peut arriver. Il ne pourra pas optimiser l'implantation de la piscine, l'orientation pour la lumière naturelle et le chauffage passif sans surchauffe d'été et conseiller sa forme et ses ouvertures pour la ventilation naturelle : le choix de ses matériaux et l'inertie ne seront pas optimisés. La solution est bien « un mariage pour tous », architecte et ingénieurs, dès le début de l'esquisse.
• Il y a aussi et surtout le manque de formation : AMO, architecte et bureau d'études énergie et fluides confondus.
  Lors des concours, l'AMO utilise la même grille de notation que pour un simple bâtiment d'habitation : si la piscine n'est pas orientée Sud, point de salut, vous obtiendrez une mauvaise note qui vous sera fatale - alors même qu'une piscine 2020 devra avoir plus de transparence afin d'être éclairée naturellement et chauffée de façon passive grâce à ses parois principales orientées Est et Ouest.
  
  Ce qui aurait été important d'écrire, c'était de :
  - Couvrir les bassins la nuit pour gagner 65% de leurs pertes (23% du global),
  - Utiliser une déshumidification thermodynamique et à un préchauffage du hall (59% du global) pour gagner 35% du global,
  - Recourir aux EnR en se raccordant au réseau de chaleur de l'éco quartier, alimenté par une géothermie profonde ou du solaire HT, couplé à une chaufferie biomasse ou biogaz.
  - Ne pas dépasser de plus de 8°C la température extérieure en été.

Equipe de concepteurs Architecte et Ingénieurs

Au fait, qu'est-ce qu'un énergéticien ?

Un énergéticien, c'est un peu le compositeur où l'architecte serait le chef d'orchestre (il est, à la fois, le concepteur et le maître d'œuvre du bâtiment), où l'ingénieur serait le pianiste (il est, à la fois, le concepteur et le maître d'œuvre en énergie et fluides).

L'énergéticien pourrait être un architecte ou un bureau d'études ayant une connaissance approfondie du coût global, des performances bâtiments, de la réglementation thermique et de tous les équipements confondus - car c'est à lui qu'il reviendrait de déplacer les curseurs de la table de mixage pour obtenir la meilleure performance au moindre coût global.

L'AMO écrit un programme qui doit normalement fixer les performances et non les moyens. Néanmoins, rien ne lui interdit de se rapprocher d'un AMO Energie et fluides pour lui demander de déterminer ces performances sous forme d'indicateurs précis et vérifiables à chaque stade du projet : c'est indispensable.

Il pourra par exemple exiger :

• Une consommation d'énergie pour le chauffage, la déshumidification, la production d'eau chaude sanitaire, le réchauffage de l'eau des bassins et le chauffage des locaux annexes de 1750 kWh/m² bassin au lieu d'environ 3200 kWh/m² bassin - comme c'est encore le cas actuellement (bâtiment non passif et simple modulation du débit d'air neuf sans récupération de chaleur).
• Un écart maximum de 8°C d'ambiance, en été, de plus que la température extérieure, abstraction faite des 20 jours les plus chauds.
• Un écart maximum de 1,5°C d'eau de bassin, en été, de plus que la température normale.
• Une consommation d'eau maximale de 100 l/jour baigneur.
• Une consommation d'énergie électrique pour les auxiliaires et l'éclairage de la piscine et de ses locaux annexes de 1000 kWh/m² bassin au lieu de 1400 kWh/m² bassin - comme c'est bien souvent le cas actuellement. L'éclairage naturel devra fournir plus de 65% de l'éclairage global et la plupart des moteurs devront être à débit variable et à basse consommation (IE3 Rendement premium).

Lors du concours :

• Un rendu sur au minimum un APS
• Un « carnet énergie du bâtiment » où seront indiquées les consommations prévisionnelles mensuelles et par poste (bâtiment, déshumidification, réchauffage des bassins, production d'eau chaude sanitaire, réchauffage de l'eau d'appoint des bassins) avec la part en énergie fossile et renouvelable. Ces chiffres devront se recouper avec les indicateurs de performance.
• Un tracé unifilaire des équipements et installations,
• Une description du fonctionnement des équipements,
• Un justificatif des solutions proposées avec leurs performances et les documents techniques des équipements.

Lors de l'APD :

• Une simulation thermique dynamique (piscine et équipements) permettant de confirmer que les indicateurs de performance sont bien respectés voire améliorés,
• Une simulation d'éclairage intérieur et extérieur,
• Une consommation prévisionnelle et mensuelle en eau respectant les indicateurs de performance,
• La mise à jour du « carnet énergie du bâtiment » avec les consommations prévisionnelles mensuelles et par poste. Ces chiffres devront se recouper avec les indicateurs de performance égaux, voire améliorés à ceux annoncés lors du concours.

Du Pro à l'AOR :

• Un contrôle des schémas et plans d'EXE par l'AMO Energie et fluides
• Un contrôle des indicateurs de performance avec une prescription permettant de réaliser les corrections nécessaires et de pouvoir revérifier les résultats après les modifications.

Exploitation :

Il est impératif que l'AMO énergie et fluides intervienne encore au-delà de la réception et que, durant 2 ans au moins, il contrôle et fasse pérenniser les consommations. Il devra prescrire les corrections nécessaires et revérifier les résultats après les modifications.

5.1 La réglementation thermique propre aux piscines

Il n'y a aucune réglementation thermique particulière pour les piscines, la RT 2012, n'étant pas applicable - alors que, dans les autres pays frontaliers, la réglementation thermique tertiaire recouvre l'ensemble des bâtiments, y compris les piscines.

Qui a raison : faut-il légiférer ?

Par exemple, en Belgique, avec le PEB (notre RT2012), la toiture doit avoir un Uw minimum de 1,6 W/m²K ce qui, a contrario, interdit toute possibilité de chauffage solaire passif et diminue l'éclairage naturel zénithal …

Plutôt que de laisser la piscine en dehors de la réglementation thermique ou de légiférer comme nos voisins, ne vaudrait-il pas mieux imposer des indicateurs de performance, par type de bâtiment, et laisser le soin aux concepteurs de se fixer les moyens pour y arriver ?

On parviendrait, sans doute, à une meilleure synthèse de conception avec plus de performances, savamment dosées, entre le bâtiment et les systèmes (concept global).

Pour la piscine du futur on irait, sans nul doute, à l'encontre des habitudes - on pourrait utiliser la transparence et l'orientation du bâtiments pour un meilleur chauffage solaire passif et éclairage naturel et comme son utilisation n'est que de jour, recourir à l'utilisation de couvertures thermiques pour réduire les besoins de nuit et ainsi stopper la ventilation et la déshumidification thermodynamique.

5.2 Les incitations en l'absence de réglementation thermique

La piste de la garantie de résultats - on nous en parle depuis ¼ de siècle. Personne ne veut y souscrire et les assureurs encore moins que les autres. Cette garantie dépend de trop de professions, d'un manque de transparence de performances de certains constructeurs, de trop de réglementations avec des valeurs parfois virtuelles et écartées de la réalité.

Il y a le PPP qui, en piscine, permet une garantie du résultat financier. Mais, bien souvent, on constate que le maître d'ouvrage n'a pas de contrat suffisamment transparent lui permettant de décripter les performances qu'on lui octroie.

Il y a aussi l'incitation à faire mieux au travers de certifications qui donnent droit à des subventions de la part des pouvoirs publics.

6.1 Une certification n'est pas une réglementation

C'est un acte volontaire qui permet d'avoir des performances environnementales allant au-delà de ce qui est d'usage courant.

Encore trop souvent on mélange démarche et certification. Quelques maîtres d'ouvrage ou promoteurs ne vont même pas au bout de la certification et n'appliquent pas la totalité des recommandations - ils font juste une simple « démarche » avec le minimum pour pouvoir faire de l'affichage. Les contre performances obtenues créeront un doute quant à l'efficacité de la certification citée.

Alors que la certification permet de :

• Prouver, par des audits indépendants, les performances environnementales dont celles énergétiques d'une opération de construction ou de réhabilitation lourde.
• S'assurer des bonnes performances sanitaires et de confort du bâtiment.
• Bénéficier d'accès privilégiés au foncier, à des assurances et à des financements.
• Maîtriser son patrimoine, ses investissements et coûts d'exploitation.
• Valoriser et communiquer les bonnes pratiques au travers de la marque « NF Equipements Sportifs – Démarche HQE ».

La seule existante pour le moment est « Le Référentiel pour la Qualité Environnementale des Bâtiments - Equipements Sportifs - Piscine - version 1 » applicable depuis le 12 juin 2012.
Vous pouvez l'obtenir en la téléchargeant sur internet www.certivea.fr

6.2 Le Référentiel Piscine est-il utile ?

Oui, car comme il l'a été dit précédemment, la piscine échappe, pour le moment, à toute réglementation thermique. Très peu de maîtres d'ouvrage le connaisse et seuls quelques professionnels en font sa promotion – car, pour eux, il inaugure enfin un abaissement considérable des consommations dans les piscines.

Il ne s'applique malgré tout qu'aux piscines neuves et n'oblige pas à respecter les indicateurs de performance spécifiques en énergie. Le seul à respecter est sur l'eau.


Qu'est-ce que la Démarche HQE ?

La Haute Qualité Environnementale est une démarche de management de projet visant à obtenir la qualité environnementale d'une opération de construction ou de réhabilitation.

La démarche HQE se traduit par deux volets :

• Le Système de Management de l'Opération (SMO)
• La Qualité Environnementale du Bâtiment QEB)

6.3 Comment utiliser la Certification ?

En intervenant sous forme d'audits à différents stades du projet et de sa réalisation.

La Qualité Environnementale du Bâtiment se résume en 14 cibles (ensembles de cibles que l'on peut regrouper en 4 familles) :

Voici à notre sens les cibles HQE® qui nous sembleraient utiles de privilégier

Le profil environnemental serait composé :

• De 3 cibles au moins traitées au niveau TRES PERFORMANT, dont la cible n° 4 « Gestion de l'énergie »,
• De 4 cibles au moins traitées au niveau PERFORMANT
• De 7 cibles au plus traitées au niveau BASE

Ce qui nous aurait intéressé de trouver par-dessus tout dans cette certification, ce sont les « Indicateurs de performance conventionnelle du bâtiment », malheureusement ils sont en préparation, seuls les indicateurs «environnement » et
« confort-santé » du bâtiment sont sortis.


Les 6 indicateurs pris en compte dans cette version 2011 seront les suivants :

• Consommation d'énergie primaire d'origine non renouvelable (kWhEP/m² SHON/an),
• Changement climatique (Kgeq-CO2/m²SHON/an),
• Consommation d'eau potable (m3/m²SHON/an),
• Production de déchets (Kg/m²SHON/an),
• Confort thermique (% de temps sur l'année de dépassement d'un seuil d'inconfort),
• Qualité d'air intérieur (mesures de concentrations de polluants dans l'air en μg/m3).

Nota : on est assez surpris que dans les unités cette certification on fasse référence à des m²SHON car cela peut conduire à des tolérances pouvant aller jusqu'à 30%. La plus grosse consommation d'une piscine étant le poste chauffage et déshumidification du hall avec environ 59%, et celui ci étant très lié à la surface du plan d'eau, on aurait préféré des kWhEP/m² plan d'eau/an.

Quand il est écrit PAC, on ferait mieux de parler de déshumidification thermodynamique avec récupération de la chaleur de réjection pour le préchauffage de l'air et de l'eau. Trop de débutants dans le domaine de la piscine installent des simples PAC qui n'ont pas leur place en piscine sauf en appoint pour le réchauffage de l'air et de l'eau.

Quand il est écrit COP en piscine c'est très subjectif, on ferait mieux de parler d'efficience énergétique globale d'un système. Car avec l'utilisation de la chaleur de réjection provenant des condenseurs de la déshumidification thermodynamique, on a en compression électrique une efficience énergétique de 5,25 et un gain d'environ 42% et en machine à absorption à réchauffage indirect de 2,06 et de 37%.

Il n'est pas fait référence au coût global qui est en faveur des solutions thermodynamiques par rapport à la modulation d'air neuf.

Il nous semblerait utile de voir figurer dans la prochaine édition de CERTIVEA PISCINE, des indicateurs de performances réalistes et susceptibles d'inciter l'équipe de conception à rechercher une cohérence forte entre une architecture passive et des équipements à haute performance énergétique. Ce rôle devrait revenir à l'énergéticien qui réglerait les curseurs "de la table de mixage" pour obtenir le meilleur coût global sur au moins 25 ans.

L'évolution de l'efficience énergétique des systèmes dédiés au chauffage, à la déshumidification et à la production d'eau chaude sanitaire à bien évolué au cours de ces dernières années, mais peu de maîtres d'ouvrage sont au courant. Il en résulte que peu de concepteurs cherchent à aller vers la performance préférant "entrer" dans le coût des travaux plutôt que dans le coût global avec parfois un peu trop d'architecture et pas assez d'équipements performants …

Evolution de l'efficience énergétique des systèmes énergétiques utilisés dans les piscines - Doc. A. GARNIER

Les consommations affichées le sont pour le hall des bassins ainsi que pour les locaux annexes (vestiaires, douches, sanitaires, administration).

La chaleur de réjection provenant du condenseur alimente :
(1) Le préchauffage de l'air du hall et le préchauffage de l'eau des bassins
(2) Le préchauffage de l'air du hall, le préchauffage de l'eau des bassins et de l'ECS
(3) Le préchauffage de l'air du hall, le plancher chauffant, le préchauffage de l'eau des bassins et de l'ECS


Le Diagnostic de Performance Energétique (DPE), qu'il serait souhaitable de mettre en place

Le DPE a été reconnu comme un dispositif de première importance par le Grenelle de l'Environnement et est placé au cœur des politiques publiques de réduction de la consommation d'énergie et des émissions de gaz à effet de serre. Dans le cas d'une piscine le DPE pourrait avoir les valeurs suivantes :

          

Nous attendons les valeurs retenues avec impatience, car elles pourraient, nous l'espérons, faire disparaître des systèmes énergivores comme la modulation de débit d'air neuf ou autres systèmes figurant dans le bêtisier.

A lire :
« Concevoir et construire des PISCINES PUBLIQUES à Basse Consommation d'énergie et d'eau ».

Par Alain GARNIER
Alain Garnier est ingénieur et directeur du bureau d'études GARNIER 120 rue Gambetta à Reims
Lauréat du premier prix de l'Eco-Efficacité catégorie « concepteurs » en 2009,
récompense remise lors de l'UCE (Université du confort et de l'eau) de ICO à Lille.

Sources & liens

• www.guide-bepos.com
• www.eyrolles.com/BTP/Livre/le-batiment-a-energie-positive
• www.edipa.fr/LibrairieTechnique/Details/467
• www.aqua6.org/pages/Les-piscines-publiques.html
• www.certivea.fr

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