Premier ensemble de bureaux à énergie positive : Natura EnR

Par Dominique CHEVRIAUX - Docteur en physique
Consultant Qualité Environnementale & Performance Energétique - Be Aubaine

Premier ensemble de bureaux à énergie positive de la région PACA et parmi les premiers sur l'ensemble du territoire, le programme immobilier NATURA EnR conçu par le promoteur Périal Développement a obtenu le label « Bâtiment Durable Méditerranéen » niveau or et a été lauréat de l'appel à projet PREBAT (Action Globale Innovante pour la Région) « 100 bâtiments exemplaires à Basse Consommation en PACA ».

Natura EnR est un bâtiment dit Basse Consommation. Un barème détaillé des consommations a été élaboré sur la base de dépenses et de besoins d'énergie du bâtiment. Les consommations énergétiques calculées ont été limitées au plus stricte nécessaire pour le fonctionnement classique du bâtiment. Le reste étant fourni par des équipements fonctionnant à énergie renouvelable : air, soleil,...

Ce qui signifie que Natura EnR est un bâtiment dont la consommation pour les 5 usages règlementaires ne dépasse pas 50 kWhep/m², et qui est fonction de la zone géographique et de l'altitude (de l'ordre de 45 kWhep pour Natura EnR).

Il s'agit aussi de fournir de l' « Energie Positive » qui couvrira l'ensemble des usages de l'immeuble de bureaux, au-delà des usages règlementaires.

Natura 2 est un ensemble de deux bâtiments orientés plein Sud. Chaque bâtiment est constitué de 3 niveaux d’environ 750 m² chacun. Le rez-de-chaussée est un parking. Les niveaux R+1 et R+2 sont des zones de bureaux et seront donc chauffés et climatisés (bureau en région Méditerranéenne), pour une surface totale d’environ 3 000 m². Chaque niveau de bâtiment est composé de 4 lots d’environ 160 m² soit 16 bureaux avec une occupation maximale de 15 personnes par lot soit 240 personnes en tout.

Plan général de la zone d'implantation du bâtiment Natura 2 dans la zone technologique
de Sophia Antipolis, 1198 avenue du Dr. Maurice Donat, 06250 Mougins








Plans de masse et repérage du bâtiment NATURA 2





Plan des étages R+1 et R+2 du bâtiment Natura 2

Natura 2 a été conçu de manière à respecter les principes de l’architecture bioclimatique en région Méditerranéenne afin d’atteindre un niveau de performance énergétique très élevé et d’afficher la consommation d’un Bâtiment à Basse Consommation réelle (moins de 50 kWep/m² justifiés par calculs et STD sur hypothèses de fonctionnement futur du bâtiment) au-delà du BBC réglementaire (RT2005 – 50% ou RT 2012).

La structure du bâtiment est en béton pour garantir une inertie suffisante du bâtiment, isolé par l’extérieur avec du Foamglass (composée de verre recyclé, principalement de verre plat et de vitres de voitures). Cet isolant a été choisi parce qu'il présente la meilleure performance thermique possible avec le plus faible impact écologique et répond aux exigences du Plan de Préventions des Risques d’Incendies sur Sophia Antipolis (classé M0). De plus il supporte la compression, notamment pour sa pose en toiture terrasse.

La toiture est divisée en deux parties : la partie nord est constituée d’environ 500 m² de toiture terrasse, la partie sud est constituée d’environ 1 000 m² de toiture inclinée à 15°. Les pans inclinés de la toiture seront recouverts de modules photovoltaïques intégrés et participant à l’étanchéité de la toiture.

Les vitrages du bâtiment seront de type double vitrage (Uw = 1,5 W/m².K avec un Ug=1.1 W/m².K) sur la totalité des ouvrants, le dormant sera en aluminium à rupture de pont thermique. Le facteur solaire des vitrages est fonction de l’orientation. Les vitrages orientés sud seront munis de brise-soleil, les vitrages Est et Ouest bénéficieront pour une partie de brise-soleil et pour l’autre de cassette végétale comme l’illustre le plan ci-dessous.

Bâtiment 2 façade Ouest



Voici une vidéo du site en vue aérienne :

Tout d’abord le bâtiment devra être au minimum BBC pour les 5 usages réglementaires (Chauffage, Climatisation, Ventilation, Eclairage et ECS) sans recours au photovoltaïque et ensuite atteindre un niveau de performance BEPos, c'est-à-dire de compenser à la fois les consommations pour les 5 usages (objectif moins de 45 kWhep/m².an SHON et non simplement 50% de la RT2005) et les consommations autres, de l’ordre de 76 kWhep/m² (poste grandement consommateur : informatique).

Tableau prévisionnel des consommations des 5 usages fait au stade d’étude de faisabilité






Tableau prévisionnel des autres consommations






Tableau récapitulatif de toutes les consommations au stade étude de faisabilité

Les systèmes d’éclairage seront quant à eux adaptés aux usages des locaux. Cependant seront mis en place :

- Des leds dans les espaces ne nécessitant pas un éclairage de qualité (hall, sanitaires,…),
- Des lampes basses consommations et tubes T5 à ballast électronique,
- Des systèmes détecteurs de mouvements couplés à des détecteurs de luminosité, en cas d’accès à la lumière naturelle, pour les sanitaires, parking et circulations couloirs,
- Des interrupteurs manuels avec détecteurs de luminosité pour les bureaux.


Le système ventilation sera également performant avec la mise en place d’une VMC double flux avec récupérateur de chaleur à haut rendement (échangeur à contre courant, rendement d’environ 90%). Cette VMC pourra être couplée au puits provençal afin d’améliorer encore son efficacité et d’économiser l’énergie. L’analyse de ce point spécifique vous est présentée plus loin dans la présente étude.


Une GTC sera mise en place pour gérer les systèmes concernant la climatisation, le chauffage, la ventilation et l’éclairage.
Elle permettra de gérer indépendamment les différentes zones du bâtiment en fonction de leur occupation. Les températures de consignes des locaux seront de 19°C en hiver et 26°C en été.


La maîtrise d’ouvrage a également souhaité exploiter le potentiel photovoltaïque offert par le site en installant 819 m² de panneaux photovoltaïques en toiture.
Ces panneaux orientés favorablement offriront une production de 135 000 kWh et permettront ainsi de couvrir 100% (5 usages réglementaires du label BBC + toutes les autres consommations d’usage) de la consommation du bâtiment +10%.

Pour réaliser un immeuble de bureaux exemplaire sur le plan énergétique et environnemental, l'ensemble des équipements devait absolument correspondre aux exigences de la démarche Negawatt (cf note environnementale de SLH Ingénierie) :

- Sobriété énergétique,consistant à supprimer les gaspillages et les besoins superflus

- Efficacité énergétique en réduisant les consommations d'énergie pour un besoin défini

- Energies renouvelables en employant des systèmes peu énergivores à l'impact réduit sur l'environnement



Le bureau d'études SLH Ingénierie et le BET Aubaine a sélectionné des équipements au regard de trois critères :

- Les économies d'énergie mesurées chaque année

- L'économie générée sur la durée de vie de la solution

- Le coût énergétique de mise en œuvre

L'ensemble de l'enveloppe du bâtiment et de ses équipements a fait l'objet d'une étude particulièrement poussée et chiffrée pour correspondre aux exigences de la certification HQE et des labels visés, tels que le BDM (Bâtiment Durable Méditerranéen), l'appel à projet régional « 100 bâtiments exemplaires à Basse Consommation en PACA » et le Bepos (isolation du bâti, sélection de produits à faible impact environnemental, confort de vie intérieur, conception bioclimatique, ...). L’usage des locaux sera principalement pour une activité tertiaire de bureau, ce qui induit l’utilisation de nombreux ordinateurs et équipement de bureau et donc une production de chaleur importante. La climatisation des locaux est donc indispensable.

Trois solutions ont été précisément étudiées et chiffrées :

- Géothermie

- Climatisation solaire : Perial Développement s'est engagé dans le programme Emergence sur la climatisation solaire à étudier le fonctionnement de cette technologie dans un bâtiment Bepos.

- Puits provençal : étude de la faisabilité énergétique et environnementale d'un puits provençal sur un projet Bepos.

Sur les conclusions rendues après analyse de ces trois équipements, aucune de ces solutions n'a finalement été sélectionnée par le maître d'ouvrage.

- Géothermie : installation trop contraignante compte-tenu du caractère très rocheux du site entre autres.

- Climatisation solaire : fonctionne grâce à des panneaux solaires thermiques (habituellement utilisés pour l'ECS) - l'eau est envoyée dans des systèmes à absorption. Cette technologie reste très peu développée - il existe peu de retour d'expériences. La climatisation solaire aurait généré 140 à 150% des besoins nécessaires, ce qui ne convenait pas dans ce projet de bâtiment Bepos.

- Puits provençal : la solution n'a pas été retenue car le bâtiment Natura EnR a de faibles besoins. Il s'agit d'une technique complexe. De plus, de petits défauts d'étanchéité des jonctions entre tuyau ont été identifiés sur la base de retours d'expérience. Le temps de retour économique est bien trop important.

Il a été décidé de s'orienter vers des systèmes Small VRV DAIKIN dont le COP nominal de 4.56 s'inscrit parfaitement dans les exigences du label Effinergie. Les coefficients de performance particulièrement élevés de ces solutions répondent parfaitement aux exigences des calculs de consommation pour la conception des Bâtiments Basse Consommation à énergie positive.

A l'issue de cette étude et au regard des performances énergétiques et du faible impact sur l'environnement affichés par les matériaux et solutions évaluées, les équipements suivants ont été sélectionnés pour concevoir NATURA EnR :

- Une isolation par l’extérieur du bâtiment pour limiter les ponts thermiques,

- Une inertie lourde du bâtiment pour le stockage de la fraîcheur en période estivale,

- Un traitement systématique de tous les ponts thermiques (désolidarisation des balcons et terrasses, tour des acrotères par l’isolation extérieure,…),

- Un vitrage performant (Ug=1.1 W/m².K) et avec un facteur solaire différent suivant l’orientation,

- Des protections solaires adaptées à l’orientation (casquettes, protections verticales et horizontales, cassettes végétales,…),

- Des menuiseries en aluminium permettant un apport de lumière plus important,

- Des panneaux photovoltaïques installés en toiture,

- Une étanchéité à l’air de 0.6 vol/h sous 50 Pa (I4<1),

- Le choix de systèmes performants et adaptés aux contraintes d’occupation futur du bâtiment,

- Un éclairage performant (moins de 8 W/m²) suivant un calepinage précis et avec gradateurs et démarrage sur demande en fonction de l’éclairage naturel,

- Mise en place d’une Gestion Technique Centralisée complète.

- Installation de cuves de récupération d'eau de pluie

Pour équiper les deux immeubles de bureaux neufs en systèmes de chauffage et rafraîchissement, une solution de Small VRV DAIKIN associée à l'installation d'unités intérieures gainables a été retenue par le bureau d'études SLH Ingénierie et Périal Développement.

Groupes extérieurs Small VRV DAIKIN

- 8 x RXYSQ4P pour le bât.1

- 8 x RXYSQ4P pour le bât.2

Les 16 Small VRV ont été installés sur la toiture de chaque bâtiment.


Les unités intérieures DAIKIN :

- 24 gainables x FXSQ32 P et FXSQ40 P pour le bât 1

- 24 gainables x FXSQ32 P et FXSQ40 P pour le bât 1

La distribution et la régulation sont réalisées par Airzone.

Chaque gainable est connecté à un réseau de gaines. A la fin de chaque gaine un moteur Airzone permet la distribution de l'air pour une régulation indépendante vers chaque espace cloisonné.

Il existe une visualisation instantanée des consommations et des apports énergétiques au moyen d'une GTC Airzone installée dans les deux bâtiments. Airzone se connecte sur le système "unité intérieure" Daikin pour en optimiser les réglages en fonction des demandes des utilisateurs. Le système de GTC Airzone reste complètement autonome.

Le site NATURA EnR fera l'objet d'une instrumentalisation durant deux ans qui sera effectuée par le Bureau Veritas mandaté par l'ADEME.

En parallèle, le suivi des consommations sera analysé par un AMO spécialisé dans la thermique. Cette analyse permettra d'apporter d'éventuelles mesures correctives.

En cliquant sur les schémas, accédez au PDF du schéma technique complet avec sa légende.

Niveau R+1







Niveau R+2







Toiture







Parking





Schéma de principe de récupération des eaux

Total des consommations du bâtiment en énergie primaire

Il s'agit du premier immeuble Bepos de Sophia Antipolis, du premier bâtiment à énergie positive de la région et de l'un des premiers de France.

Les économies d'énergie évaluées sont de l'ordre de 60% et compensent du fait du surcoût de l'opération.

NATURA EnR est aujourd’hui l’immeuble le plus abouti et le plus surprenant de la plus importante technopole française qui est également un pôle de compétitivité à vocation mondiale Sophia-Antipolis.

NATURA II a obtenu le label Bâtiment Durable Méditerranéen niveau or.

Il s'inscrit dans la démarche « Agir Prébat » (Action Globale Innovante pour la Région) qui émane d'un Programme de Recherche et d'expérimentation des bâtiments, répondant ainsi à l'appel à projet régional « 100 bâtiments exemplaires à Basse Consommation en PACA » dont le projet NATURA II a été lauréat.

Par Dominique CHEVRIAUX
Docteur en physique - Consultant Qualité Environnementale & Performance Energétique - Be Aubaine

SOURCES ET LIENS

• www.perial.com
• http://edl-architecte.com
• www.groupe-slh.com
• www.sde-aube.fr
• www.vinci.com