Construction exemplaire E3 C2 pour la petite enfance, la santé en plus !

Par Hervé GRATON, gérant du BET Kypseli

Cette chronique est particulièrement intéressante sur le fait de construire pour les plus jeunes aujourd’hui dans un contexte à la fois de réduction carbone des constructions, d’excellence énergétique et de santé.
Energie 3 et Carbone 2 tout en maîtrisant les enjeux de santé et de renouvellement d’air : le résultat d’un beau travail collaboratif avec toutes les parties prenantes !

La Ville d’Orvault (44) construit une nouvelle structure petite enfance pour la rentrée 2020. Ce nouveau bâtiment d’environ 700 m² accueillera 54 enfants.

L’enjeu du projet est de conserver le caractère naturel du site de la « ferme du Bignon ».
Le projet reprend la même volumétrie que les bâtiments actuels, sous forme de « maisons » aux toitures décalées à double pente. Implanté en retrait par rapport à la rue, le bâtiment sera aussi un peu encaissé pour maintenir l’intimité des enfants. Cette implantation permet d’aménager des jardins au Sud.

Engagement de la collectivité
La ville d’Orvault est engagée dans une démarche environnementale volontariste par la Labellisation Cit’ergie® depuis 2013 : processus de management de la qualité de la politique énergétique et climatique de la collectivité.

Objectifs du programme
Dans le cadre de cette labellisation, la Ville d’Orvault s’est engagée à réaliser des bâtiments neufs dont les performances sont supérieures aux exigences des réglementations actuelles. Elle s’est fixé les objectifs suivants :
- Répondre aux exigences de l’arrêté du 19 avril 2017 Constructions à énergie positive et à haute performance environnementale sous maîtrise d’ouvrage de l’Etat
- Participer à l’expérimentation ministérielle « E+C- » (Bâtiment à Energie positive et à bas niveau Carbone). L’opération se veut exigeante sur le niveau Energie Carbone du bâtiment avec comme ambition l’atteinte E3 C2.
- Réaliser un bâtiment sain et à faible impact en énergie grise.
- Suivre une démarche environnementale sur mesure, adaptée à la taille de l’opération.

Toujours dans le cadre des « Constructions à énergie positive et à haute performance environnementale sous maîtrise d’ouvrage de l’Etat » définies par l’arrêté ministériel 19 avril 2017, la maîtrise d’ouvrage, dans un souhait d’exemplarité, demande à respecter les 3 critères ci-dessous :
- Valoriser plus de 70 % des déchets de chantier (hors déchets de terrassement)
- Utiliser des produits étiquetés A+.
- Utiliser des matériaux biosourcés à minima « niveau 1 » du label « bâtiment biosourcés »

Ces objectifs environnementaux sont poursuivis tout en ayant des objectifs sanitaires au-delà de la réglementation actuelle.
L’activité des enfants augmente la fréquence et le volume de leur respiration. Leur métabolisme leur fait consommer 2 fois plus d’oxygène qu’un adulte.

La réglementation actuelle est très insuffisante et prévoit un renouvellement d’air pour les bâtiments destinés à la petite enfance de 15 m³/h/pers. La norme NF/EN 15 251 est retenue pour concevoir la ventilation avec un taux de renouvellement d’air plus important.

Plusieurs études indiquent qu’un débit d’air inférieur à 36 m³/h/pers augmente significativement les effets sanitaires et la mauvaise qualité de l'air perçue.

Un test qualité de l’air sera réalisé à la réception du bâtiment.

Méthodologie
La ville d’Orvault a défini ses objectifs dès le programme avec une mission d’Assistance à Maîtrise d’Ouvrage Environnementale et s’est ensuite assurée que l’équipe de maîtrise d’œuvre dispose des moyens et outils pour mener à bien les ambitions du projet. Des études d’éclairement naturel, de simulation thermique dynamique, des calculs ACV ont été fait aux différentes phases de la conception.

Après un an d’études, le démarrage du chantier est prévu en juin 2019 pour une livraison en septembre 2020.

Maître de l’ouvrage : Ville d’Orvault
AMO environnement : Switch – www.switch.coop
Agence Drodelot architectes et économistes - www.agence-drodelot.fr
Bureau d’études fluides énergies environnement : KYPSELI - www.kypseli.fr
Bureau d’études structure : ALS - www.als44.com
Paysagiste : ZEPHIR - www.zephyr-paysages.fr

Conception bioclimatique et performances énergétiques

Formée en conception bioclimatique passive, la maîtrise d’œuvre a soigné l’orientation, les proportions de vitrage dès l’esquisse. Les modélisations thermiques et d’éclairage naturel ont ensuite permis des ajustements dimensionnels.

Le niveau Energie 3 est atteint par l’association d’une enveloppe performante (Bbio=93.8 pour Bbio max=95.1) et Cep = 93 kWhep/m².an pour Cepmax=98.3 kWhep/m².an, d’équipements techniques optimisés, d’une chaudière bois et d’une installation solaire photovoltaïque .

Les besoins thermiques sont couverts par une chaudière bois à granulés d’une puissance de 42 kW et une seconde pour le raccordement avec le bâtiment existant adjacent. Une installation photovoltaïque en toiture d’une puissance d’environ 7 kWc.

Il est prévu un débit de renouvellement d'air de base (NIVEAU 1) conforme aux débits réglementaires soit 15 m³/h.pers. Un indicateur de niveau de CO2 sera placé dans chaque salle d'activités et permettra d'activer un niveau 2 de ventilation correspondant à 25 m³/h.pers ou, en période estivale, d'utiliser la ventilation naturelle par ouverture des fenêtres.

Les débits seront maintenus uniquement en période d'utilisation du bâtiment et en décharge nocturne en période estivale.
Débits
Vitesse 1 : 15 m³/h/pers --> 2 700 m³/h
Vitesse 2 : 25m³/h.pers --> 4 395 m³/h

Concernant l’exigence carbone, le projet atteint le niveau Carbone 2.

Afin de limiter l’impact carbone du bâtiment, il a été fait le choix d’une structure avec des murs à ossature bois isolé de 200 mm. L’isolation biosourcée (ouate en vrac, coton recyclé et biofibre) a été retenue pour 60% du volume d’isolant. La pluralité tient compte des choix techniques ; seules l’isolation des toitures terrasses et des planchers bas intègrent des isolants issus de la pétrochimie.

D'après l'arrêté du 19 décembre 2012 relatif au contenu et aux conditions d'attribution du label « bâtiment biosourcé »

Calcul mis à jour par Kypseli en phase appel d’offres, avril 2019

Carbone 2 : seuil estimé à ce stade du projet : EGES < 850 kg CO2e/m²/SdP
Réalisation d’un bâtiment en structure bois, y compris Murs à Ossature Bois ;
Mise en œuvre d’isolants biosourcés soumis à des fiches FDES issues de la base de données INIES ;
Intégrer les notions de consommations de chantier (trajet Ets. /chantier ; consommations d’eau ; chantier propre, excavation des sols, suivi d’évacuation des déchets, etc.)
Mise en œuvre d’une chaufferie biomasse : les productions de chauffage au bois sont valorisées dans le calcul avec l’application d’un faible coefficient correspondant à l’« impact des combustibles sur le cycle de vie ».
93 m² de mur en brique de terre crue réalisée sur site avec la terre du site et par une entreprise d’insertion par l’activité économique.

La terre crue sera mise en œuvre en remplissage d’une ossature bois telle que mise en œuvre sur les photos ci-dessous.

Photos Ets. : TIERR HABITAT – Ecole publique de La Chevalerais (44) - Moe : DAUBAS BELENFANT.

Procédé de mise en œuvre de la brique de terre crue

Travail de la terre sur place avec ajout de chaux (5%), presse hydraulique rotative 1 000 briques/jour, stockage sur place

Localisation des refends concernés dans le projet. L’analyse du confort d’été intègre l’inertie exploitable en lien avec les stratégies de ventilation.

Performance thermique de l’enveloppe

Etanchéité à l’air du bâtiment et des réseaux de ventilation

L’étanchéité à l’air de l’enveloppe a fait l’objet d’un carnet de traitement dédié effectué en phase PRO et précisera, en lien avec les pièces architecturales, les traitements particuliers envisagés. Ce document sera exploité lors de la sensibilisation des entreprises concernées par ce sujet. La maîtrise d’ouvrage devra demander un test d’étanchéité l’air, la performance de la crèche ayant été fixée à 0.8 m3/h.m². Il est à noter que l’exigence sur la restauration sera laissée par défaut tenant compte des problématiques des compensations et hottes pour cet espace.

En lien avec la forte étanchéité à l’air du bâti, une attention particulière sera portée sur la qualité de mise en œuvre des réseaux de ventilation afin limiter les fuites parasites. Pour se faire, les réseaux seront équipés d’accessoires à joint, les flexibles acoustiques, s’il en est mis en œuvre seront qualitatifs et adaptés à cette ambition.

Dans la mesure du possible, des gaines circulaires seront mises en œuvre, elles permettent un entretien plus aisé et assurer une meilleure étanchéité à l’air.

L'étanchéité à l'air des réseaux devra être de classe B. Un Test sera prévu à réception à la charge du Maître d’ouvrage. Le test d'étanchéité intermédiaire par échantillonnage prévu au lot CVC. Un rapport de test sera rédigé.

Entreposage des gaines sur le chantier :
Afin d'éviter d'encrasser le système de ventilation, l'ensemble des éléments (conduits d'air, silencieux, bouches, ...) devra être hermétiquement fermé depuis la livraison jusqu'à la mise en service. Les gaines devront être entreposées dans un lieu propre, sur palette. Lors du découpage des conduits et lors de leur fixation, on veillera à enlever la limaille, les poussières, ... qui se retrouveraient dans le conduit. Le bouchage des gaines tend également à protéger l’extrémité des gaines des déformations améliorant ainsi l’étanchéité à l’air du réseau de ventilation.

Eclairage naturel

L’éclairage naturel a été étudié à toutes les phases de conception.

L’ensemble des espaces a été optimisé. On peut noter la modification des surfaces vitrées dans les bureaux permettant d’atteindre le niveau Performant des référentiels HQE.

La restauration prévoit maintenant un vitrage zénithal permettant de compenser l’ombrage du préau.

Nous conseillons pour certains espaces un facteur de réflexion élevé sur les parois dans le but de rehausser la diffusion de la luminosité.

Pour les autres espaces, on peut noter une bonne qualité lumineuse, qui permettra un large choix de colorimétrie. L’environnement coloré contribue à la stimulation visuelle de l’enfant. Les couleurs peuvent modifier le relief, les dimensions et volume ou diviser les espaces. Elles influencent également la sensation de température d’ambiance. Enfin, ces jeux de couleurs favorisent l’éveil des enfants.

Eclairage artificiel

Par considération énergétique et de maintenance, l’éclairage LED est généralisé dans le bâtiment. Toutefois, en raison du public accueilli, la température de couleur sera comprise entre 3000 et 3500K (températures chaudes uniformisées sur l’opération). En effet, les enfants sont plus sensibles à l’éclairage LED en raison de la transparence de leur cristallin.

Par mesure de précaution, l’éclairage est prévu en indirect dans les espaces de change et étudié dans les salles d’activité.

Simulation thermique dynamique

Le confort sera atteint dans la crèche par un ensemble de dispositions nécessaires.

- Les protections solaires sont prévues selon la disposition ci-contre,
- La gestion automatique de la ventilation et du freecooling (arrêt/marche de l’échangeur selon les conditions de températures extérieure et intérieure),
- Inertie des murs en brique de terre crue (93 m²)
- La possibilité de ventiler chaque espace naturellement à l’aide d’une proportion d’ouvrant suffisante (chaque pièce présente un ouvrant haut facilitant le mouvement d’air).

Santé des occupants

L’opération entre dans le cadre de la réglementation de surveillance de qualité d’air intérieur des établissements recevant des enfants.

La commune d’Orvault est catégorisée 3 par l’IRSN sur le risque d’émission de radon. Une étude in-situ a été réalisée fin 2018 pour connaître le niveau d’émissions du terrain. Les mesures in situ ont permis d’écarter ce risque.

Les enjeux d’un chantier performant

La phase de chantier est une phase sensible qui impacte la qualité finale de la construction et ses performances énergétiques et environnementales.

Faibles nuisances
La gestion du chantier fait l’objet d’une charte à faibles nuisances opposable aux entreprises dès la phase appel d’offres.

Qualité des produits entrants
La gestion du chantier avec des objectifs à la fois énergétiques et sanitaires impose une traçabilité des produits et matériaux de construction. Le suivi documentaire se fait en même temps que les VISA techniques et contribue à une documentation détaillée du Dossier des Ouvrages Exécutés.

Maîtrise de la qualité d’air
Pendant le chantier, le stockage des produits, leur état de propreté est un enjeu majeur pour contribuer à la qualité d’air intérieur du bâtiment livré. D’autre part la planification du chantier est aussi très importante par rapport au temps de séchage des supports et à la maîtrise d’un clos couvert avant la pose des isolants…

Etanchéité à l’air
Le suivi de la mise en œuvre est régulier sans attendre les tests d’infiltrométrie.

Insertion par l’activité économique
Le chantier fait l’objet d’un lot « brique de terre crue ». Ce lot sera mis en œuvre par une entreprise d’insertion par l’activité économique locale. Cette méthode de construction ancestrale dans l’architecture vernaculaire de la Région revoit le jour grâce à des associations d’écoconstruction et aux évolutions réglementaires qui imposent de réduire l’impact carbone des constructions nouvelles.

Entretien et maintenance pour maîtriser les performances dans le temps

Il sera proposé en PRO un carnet d’entretien/maintenance, support des éléments à compiler durant le chantier pour établir le futur carnet d’entretien du bâtiment. A ce stade, le document reste une ébauche qui sera affinée poste par poste.

Par Hervé GRATON, gérant du BET Kypseli

Source et lien

Kypseli Bureau d’études fluides et énergies
19, rue Ste Radegonde | 85530 La Bruffière
02 51 07 51 70 | contact@kypseli.fr | www.kypseli.fr