Bâtiment tertiaire conception bioclimatique et Passivhaus

Par Jean-Charles BRUNEL - Ingénieur Fluides du BET HQE ALBEDO Ingénierie environnementale

A l’entrée de la métropole Rouen-Normandie, un bâtiment dédié à l'écoconstruction a vu le jour en Mars 2014. Abritant une pépinière d’entreprises et un hôtel d’entreprises, ses 1 500 m² sont divisés en 39 bureaux et 11 ateliers articulés autour d’espaces communs dont une matériauthèque.

Après 18 mois d’utilisation, « l’outil bâtiment » se révèle également porteur d’une activité économique puisqu’une réelle synergie s’est développée entre les occupants. De plus, au-delà des performances énergétiques annoncées en conception, le suivi des consommations énergétiques et du confort a été réalisé avec un retour d’expérience riche d’enseignement. En cours de certification Passivhaus, le bâtiment a été le fruit d’une étroite collaboration entre l’ensemble des interlocuteurs : maître d’ouvrage, assistant à maîtrise d’ouvrage et équipe de conception-réalisation (premiers ateliers réalisés avec certification Passivhaus).

Le 5 Novembre 2015, lors du salon INTERCLIMA + ELEC, ALBEDO ingénierie environnementale a reçu lors des trophées de l’ingénierie performante le prix Cégibat « Opération remarquable ».
Retour détaillé sur cette réalisation ...

Dans le cadre d’une conception-réalisation, ce projet a été réalisé par une équipe pluridisciplinaire, alliant différents partenaires tels qu’un constructeur mandataire (Spie Batignolles), des bureaux études (Albedo, Agir Acoustique, Arc en Terre et Elithis) et deux cabinets d’architectes (Bureau 112 et O2 architecte) qui ont su concevoir la pépinière selon les souhaits du Maître d’Ouvrage : une écoconstruction alliant performance et simplicité.

En outre, des interlocuteurs identiques ont été conservés tout au long du projet, afin d’en assurer le suivi et garder un bon relationnel entre collaborateurs.

Cette écoconception a nécessité de faire face à trois challenges :

• 1^er challenge : la performance énergétique,
• 2^ème challenge : durabilité du bâtiment (facilité d’exploitation),
• 3^ème challenge : la reproductibilité (extension du site et siège de la métropole).

Et voici en quelques chiffres les résultats du projet :

• Objectif Passivhaus, dont la certification a été obtenue suite à l’action de la Maîtrise d’œuvre (non demandé au programme)
• Chauffage ≤ 15 kWh/m²/an
• Consommation tous postes (y compris ordinateurs, imprimantes, électroménager, etc.) ≤ 120kWh/m²/an
• Etanchéité à l’air très performante n50 ≤ 0,6 vol/h
• Confort d’été : T > 25°C, pour moins de 10% du temps

Le coût du chantier a été de 3,8 M€ HT (soit 1 590 € HT/m² SHON) hors VRD

La Métropole affichait clairement, et ce dès le programme, des objectifs complémentaires, reflets de sa volonté de réaliser avec Seine Ecopolis un bâtiment exemplaire. Une profonde réflexion en amont avait été menée afin de donner toutes les clés du succès au projet :

• Un service technique « bâtiment » investi dans le projet et fort de plusieurs compétences transversales
• Un assistant à maîtrise d’ouvrage sélectionné pour accompagner le projet depuis le programme jusqu’à 2 années après la livraison du bâtiment (suivi des consommations)
• Un site choisi avec soin, dans une zone d’activité en plein développement, le Technopôle du Madrillet. Entouré de centres universitaires, d’écoles d’ingénieurs, facile d’accès par l’autoroute A13 menant à Paris ou Caen, proche du centre-ville de Rouen et accessible directement en métro, seine Ecopolis est facile d’accès en voiture comme aux piétons, aux rouennais comme aux extérieurs.
• Un thème de l’écoconstruction pour le bâtiment, dont la conception se veut le reflet
• Une expérience qui doit être reproductible, puisque Seine Ecopolis permettait d’appréhender les contraintes de constructions qui devaient se retrouver sur la construction du siège de la Métropole ; ainsi que de l’extension du site.

Point suffisamment peu courant pour être souligné, lorsque la Métropole a pris la mesure de la complexité technique du projet, elle a accordé aux équipes répondant au concours un délai supplémentaire (3 mois au lieu de 1 mois et demi) afin que chaque équipe ait le temps d’approfondir ses études.

Intégrée dans une démarche HQE sans certification, l’équipe emmenée par Spie Batignolles a voulu permettre une amélioration du confort en proposant une conception la plus efficace possible, tout en réalisant un bâtiment sobre dans ses formes autant que dans son organisation architecturale.

Référentiel HQE sélectionné pour le projet

Le cadre extérieur, tout d’abord, a été pensé pour offrir une véritable entrée au bâtiment, une prolongation des espaces de vie et une ouverture sur la forêt avoisinante. Ainsi, une mare a été implantée en bas de terrain et des noues d’infiltration paysagères viennent animer la zone de stationnement, tout en créant une barrière biologique entre le parking et la façade Sud, limitant ainsi l’effet « îlot de chaleur » en été.

Véritable lieu de vie, Seine Ecopolis a été pensé pour offrir des espaces agréables, articulés autour du partage entre les entreprises et de l’accès à la lumière naturelle. Ainsi, un atrium central offre un puits de lumière généreux et un espace d’échange entre les entreprises dont les imprimantes sont situées sur les paliers. La cafétéria, donnant accès à une terrasse partiellement couverte est un autre point de rencontre important du bâtiment.

Vue de l’atrium central donnant sur les bureaux et vue de la cafétéria depuis la terrasse

A noter que les ateliers n’ont pas été oubliés puisqu’ils disposent soit d’une ouverture au Sud, soit de sheds en toiture, permettant un accès important à l’éclairage naturel.

Lieu de travail également, une attention particulière a été apportée à l’acoustique entre sociétés occupantes. Ainsi, les cloisons des bureaux ont été alourdies par 2*2 épaisseurs de BA13 enfermant une laine minérale. Des joints sur les menuiseries intérieures permettent de finir l’isolement acoustique. Afin que cette caractéristique acoustique du bâtiment reste durablement performante, les utilisateurs ont interdiction de percer les cloisons.

Pour bénéficier au maximum des apports gratuits en hiver, l’équipe de conception, appuyée par la maîtrise d’ouvrage a réussi à faire orienter les étages du bâtiment vers le plein Sud. Un sujet banal qui a pourtant été épineux, étant donné que le PLU de la ville de Saint-Etienne du Rouvray impose aux bâtiments d’être parallèles aux voiries ! Malheureusement, le RDC n’a pu être orienté différemment des voiries…

Les feuillus caducs ont été conservés sur l’emprise du parking afin de bénéficier des apports gratuits en hiver, tout en protégeant le bâtiment du rayonnement solaire en été.

Bien que visuellement, deux volumes se complètent dans le projet, l’ensemble du bâtiment est construit sur le même principe : des murs sandwichs coulés en place.
Ce système permet non seulement de s’affranchir de tout pont thermique, mais également d’avoir une étanchéité à l’air très performante et une finition « dure » intérieure et extérieure et lourde, ce qui permet de bonnes performances acoustiques. De plus, la paroi profite de l’inertie du béton, qui sera largement exploitée pour le rafraîchissement naturel décrit plus tard.
Les planchers intermédiaires sont réalisés en dalles béton, augmentant encore l’inertie du bâtiment.

A gauche : Mur « pédagogique » monté pendant le chantier.
A droite : mur avant coulage du béton

Pour les toitures terrasses, une épaisseur isolante de 60 cm de polyuréthane a été créée par successions de plaques installées en quinconce pour limiter les fuites thermiques.

A noter que, pour le dossier Passivhaus, une gestion fine des ponts thermiques a été réalisée, autant par les thermiciens que par O2 architecture pour les détails de réalisation. Un suivi régulier de la réalisation de ces prestations techniques a été réalisé durant toute la phase d’exécution.

Exemples de détails de ponts thermiques

Mise en œuvre de menuiseries, en recoupement de l’isolant

En parallèle de ce travail sur le gros œuvre, des études ont été réalisées sur les menuiseries extérieures, qui ont été choisies façade par façade afin d’optimiser leurs performances. Il faut en effet noter que le bâtiment est dépourvu de brise-soleil. Quelques jeux de volumes utilisant le désaxement du cube en bois (la partie bureaux) par rapport à la zone ateliers ont bien été utilisés pour protéger partiellement la cafétéria et la porte d’entrée principale, mais le principal travail de gestion des apports solaires est fait par les menuiseries, dont chaque caractéristique a été sélectionnée en fonction de son orientation (Transmission lumineuse et facteur solaire). Les menuiseries extérieures sont en bois aluminium, triple vitrage au nord avec un coefficient U de 1,03W/(m².K) et un facteur solaire de 0,536 ; double vitrage sur les autres façades avec un Uw de 1,4 W/(m².K).

Egalement, les façades ont été habillées de couleurs claires (bardage bois pour les bureaux et peinture blanche pour le RDC et les ateliers) afin de limiter l’ALBEDO du bâtiment et limiter les surchauffes en été.

La production de chaleur est assurée par une chaudière gaz à condensation, pour le chauffage et l’Eau Chaude Sanitaire.

Le renouvellement d’air est assuré par deux centrales double flux à haut rendement labellisées Passivhaus, 1 pour les bureaux (Swegon) et 1 pour les ateliers (Hélios). Il est intéressant de noter que dans les ateliers, deux réseaux de soufflage sont installés ; un pour les ateliers à proprement parler, soufflant à 17°C ; l’autre pour les bureaux des ateliers, soufflant à 20°C.

Le chauffage est assuré dans les bureaux par des batteries de chauffage sur le réseau de soufflage (préchauffage de l’air en CTA, puis 1 batterie de chauffage par façade et par niveau) ; et par panneaux rayonnants dans les ateliers.
Le renouvellement d’air a également été augmenté de 20% par rapport aux débits réglementaires afin d’améliorer la qualité d’air intérieur.

L’ensemble du bâtiment est piloté par une GTB dont les données sont relevables à distance par les services de la métropole.

Afin de limiter les consommations de chauffage, il a été décidé de ne pas laisser la main à l’utilisateur sur les températures de consignes. Mais chaque bureau est équipé d’une sonde de température. La GTB fait la moyenne des températures des bureaux pour chaque façade sur chaque niveau et pilote le fonctionnement des batteries de traitement d’air. Ce système a fait ses preuves, avec de faibles écarts de températures relevés entre les bureaux et un niveau de confort optimal sur l’ensemble du bâtiment. Les occupants sont très satisfaits de ce fonctionnement.

Mais la principale innovation technique du bâtiment est le rafraîchissement nocturne estival. L’atrium central de la partie bureaux, qui permet d’augmenter le tirage thermique pour le rafraîchissement nocturne des bureaux (ouverture des allèges de menuiseries dans chaque bureau sur ordre de la GTB et ouverture des sheds en haut de l’atrium si toutes les conditions suivantes sont réunies :

• Date entre le 25 Mars et le 25 Septembre
• Ouverture entre 20h et 6h maximum
• La température extérieure est plus basse que la température intérieure
• La température intérieure est supérieure à 25°C
• La sonde pluviométrique ne détecte pas de pluie

Allège ouvrantes dans les bureaux

Ce système, conjugué à l’inertie des parois béton permet de ne pas avoir de climatisation dans le bâtiment (une seule climatisation pour le local serveur) et d’atteindre un niveau de confort supérieur (pas de ressenti de « froid » ou de souffle d’air désagréable dans le bâtiment). Il a montré son efficacité cet été lorsque, après plusieurs jours de canicule consécutifs (35°C), la température intérieure n’a pas dépassé 27°C dans le bureau le plus défavorisé (26°C ou moins dans la plupart des bureaux).

En moyenne, le bâtiment gagnait 1 degré chaque jour les premiers jours (montée de température de 2,5°C dans la journée lorsque le rafraîchissement nocturne permettait de redescendre la température intérieure de 1,5°C). Après plusieurs jours de canicule, le phénomène s’est stabilisé et l’on perdait la nuit les 2°C que l’on avait pris la veille.

Les grilles de transfert dans les menuiseries intérieures ont été sélectionnées avec des performances acoustiques importantes, permettant de ne pas dégrader l’acoustique du bâtiment.

Tout d’abord, un guide d’utilisation du bâtiment rédigé par la métropole est remis à chaque nouvel occupant des locaux. Ce guide pédagogique rappelle les bonnes pratiques permettant de ne pas surconsommer d’énergie (fenêtres à fermer la nuit ou le weekend, équipements informatiques arrêtés la nuit, etc.)

A ce jour, 2 des concepteurs du bâtiment en sont devenus occupants : O2 architecture en pépinière d’entreprise et ALBEDO ingénierie environnementale en hôtel d’entreprise. Au cœur de l’utilisation de SEINE ECOPOLIS, ils peuvent régulièrement profiter de retours d’expérience du bâtiment.

Déjà, dès la livraison, des études de qualité d’air ont été réalisées par Air Normand, missionné par la Métropole Rouen-Normandie, afin de valider la qualité de l’air à la livraison, après plusieurs semaines dans un bureau inoccupé, puis dans des bureaux occupés. Si les résultats de ces campagnes relevaient une qualité d’air normale au moment de la livraison du bâtiment, elles ont surtout montré que la qualité d’air dans les locaux était largement supérieure à la qualité d’air constatée dans des locaux équivalents après quelques semaines d’occupation, ceci étant dû à l’utilisation de produits de finitions peu émetteurs de COV.
Le suivi des consommations énergétiques et du confort, réalisé dans le cadre de sa mission d’assistance à maîtrise d’ouvrage par ARP Astrance a montré lors de la dernière réunion de restitution :

• Un confort d’hiver bon et des températures homogènes
• Un confort d’été très bon puisque, malgré les jours consécutifs de canicule de cet été, la température de 27°C a été atteinte dans le bureau le plus chaud (et cela sans climatisation !)
• Des performances énergétiques moins bonnes que celles estimées lors de la conception et avec une répartition très différente, comme le montre l’histogramme suivant.

Bilan énergétique en énergie primaire après 1 an d’exploitation (comparatif consommations réelles/estimations) réalisés par l’AMO ARP Astrance

Les relevés de consommations indiquent un dépassement par rapport aux estimations, principalement dû au chauffage/ECS et au poste « Autres » :

• Rendement de chaudière en usage réel moins important que celui annoncé par le fabriquant
• Un bouclage ECS assez énergivore (pour des consommations ECS faibles)
• Beaucoup de bureaux équipés d’imprimantes personnelles (confidentialité de projets, équipement déjà possédé par les entreprises occupantes, imprimantes communes livrées dans le bâtiment avec du retard, etc.) alors que la conception prévoyait un usage principal des imprimantes communes sur les paliers.
• Même constat pour les équipements personnels (machines à café, bouilloires, etc.)

D’un point de vue purement technique, l’innovation principale de ce bâtiment pourrait être la méthode de sélection de menuiseries extérieures ou encore le rafraîchissement par ventilation naturelle en été.

Mais au final, l’innovation principale de ce projet est l’implication, qui est à la source même de toutes les autres : une collaboration étroite entre les différents interlocuteurs, qu’ils soient constructeurs, architectes, bureaux d’études, maîtres d’ouvrage ou AMO.

Loin des rapports de forces classiques, trop souvent basés sur la concurrence et la rétention d’information, le travail en mode collaboratif dans lequel chacun apporte le meilleur pour le bénéfice de l’ensemble du projet et du client final a été la clé du succès de cette affaire.

Tous avaient l’impression de défricher et de ne pas avoir le droit à l’erreur sur un projet phare en Normandie.

Fait suffisamment rare pour être signalé et souligné, le Maître d’Ouvrage a laissé aux équipes de Conception Réalisation un temps supplémentaire lors du concours, afin d’affiner leurs conceptions (3 mois au lieu d’1,5 mois), ce qui tranche avec la précipitation habituellement exigée lors des projets.

Sans outil particulier, l’ensemble des partenaires de cette opération a su mettre en place et conserver tout au long du projet une synergie efficace, source d’innovations techniques comme de compromis. Le bon sens et le professionnalisme de chacun a ainsi pu valoriser ce projet sous tous ses aspects.

Assez loin de la conception BIM telle qu’elle peut nous être présentée quelquefois (lourde, complexe et aseptisée), la démarche de Seine Ecopolis a néanmoins suivi les grands préceptes mis en avant pour le BIM : l’échange, le partage, l’interaction. Bref, sa dimension humaine.

Le 5 Novembre, le bureau d’études ALBEDO Ingénierie environnementale, représentant l’ensemble des intervenants du projet, a reçu le prix Cégibat « Opération remarquable » lors du salon Interclima + Elec.

Ce concours de l’ingénierie performante, organisé par l’association ICO et la revue Chaud Froid Performance, récompense plusieurs opérations livrées ayant montré une conception efficace et pertinente énergétiquement.

Lors de cette édition 2015, les différents lauréats ont ainsi mis en avant une démarche commune : la recherche d’une grande sobriété des besoins énergétiques par un travail approfondi sur le bioclimatisme et la qualité de l’enveloppe du bâtiment. Puis des systèmes simples et fiables permettant de traiter les besoins résiduels.

Par Jean-Charles BRUNEL, Ingénieur Fluides
Le bureau d'études techniques (BET) ALBEDO Ingénierie environnementale est au service de l’écocontruction

INTERVENANTS

Maître d’ouvrage
Métropole Rouen-Normandie
(anciennement CREA)

Assistant à maîtrise d’ouvrage
ARP Astrance

Entreprise générale
Spie-Batignolles Nord-Ouest

Architectes
Bureau 112
O2 architecture

Bureau d’études HQE
Albédo Ingénierie environnementale

Bureau d’études VRD
Arc en Terre

Bureau d’études acoustique
AgirAcoustique

SOURCE ET LIEN