Construire un bâtiment de bureaux à énergie positive

Par Jean-Pascal ROCHE - ingénieur énergéticien spécialisé dans les concepts HQE®.

Réaliser un bâtiment de bureaux à énergie positive pour un maître d'ouvrage public travaillant dans l'énergie et ayant une volonté de montrer l'exemple; telle est l'ambition du projet de construction du siège social d'Hérault Energies à Pézenas (34). Hérault Energies est un syndicat mixte qui a pour mission de gérer la distribution d'énergies dans plus de 300 communes du département de l'Hérault.

La décision de construire son siège social a été l'occasion de bâtir un programme ambitieux ayant pour objectif, dans un premier temps, un projet BBC à moins de 45 kWh/m².an puis, en définitif, un bâtiment exemplaire à énergie positive. La mission de maîtrise d'œuvre a été confiée au cabinet d'architecture DLM situé à Montpellier (34) et au bureau d'études techniques ADRET situé à la Seyne sur mer (83).

La performance énergétique d’un bâtiment passe avant tout par :

- une conception architecturale adaptée permettant de réduire les surfaces d’échange   et de déperdition, de profiter des apports du soleil en hiver, de s’en protéger en été,   et de favoriser l’éclairage naturel,

- puis, par un très bon niveau d’isolation,

- et enfin, par des systèmes techniques performants qui viennent compléter les apports   naturels.

Le bâti et les systèmes ayant été optimisés, le recours aux énergies renouvelables peut alors être envisagé avec cohérence.

Nous avons donc fait le choix d'un bâti optimisé pour répondre à l'objectif avec :

- un bâtiment compact pour limiter les pertes de chaleur

- une orientation Nord-Sud et un bâtiment traversant pour bénéficier des apports solaires passifs en hiver et s'en protéger facilement en été et également pour permettre une ventilation traversante.

Un choix d'inertie mixte, la mieux adaptée à un usage de bureaux (occupation intermittente) : pignons en béton isolés par l'extérieur + planchers béton + escalier central en béton et façades à ossature secondaire bois et isolation fibre de bois. Ce choix permet d'éviter le problème de paroi froide posé par une isolation par l'extérieur des façades principales.

Une optimisation des surfaces vitrées : vitrages Est et Ouest très limités pour réduire les apports solaires en été (énergie incidente plus importante sur ces façades qu'en façade Sud).
Vitrages Nord et Sud optimisés pour assurer à la fois le confort visuel, le confort d'été et des pertes de chaleur limitées en hiver. Un sas au niveau de l’entrée pour réduire les entrées d’air froid.

Des protections solaires pour toutes les baies : casquettes en façade Sud qui seront dimensionnées pour permettre l'ensoleillement en hiver et supprimer les apports solaires en été.
Complément par brise-soleil à lames orientables et relevables. Brise-soleil fixes sur les baies en façades Est et Ouest. Les stores à lames orientable fonctionnent comme un empilement d’étagères a lumières orientables. Elles sont donc beaucoup plus performantes que ces dernières et en gomme les défauts.

Eclairage naturel travaillé dès la phase esquisse par simulation Dial pour garantir un confort visuel satisfaisant dans les bureaux: optimisation des baies des bureaux, shed en toiture du R+2 pour un apport d'éclairage naturel sur circulation, baies en bout de circulation de chaque niveau, pavés de verre entre niveaux pour une meilleure diffusion de lumière.

Conduit de lumière en complément de l'éclairage zénithal, nous installerons des conduits de lumières permettant d'apporter un éclairage naturel important dans les circulations tout en limitant les déperditions.

Des espaces verts au pied du bâtiment et en pignon Est qui participent à la fois au confort d'été et au confort d'usage des locaux.

Performance de l'enveloppe du bâtiment (déperdition thermique, imperméabilité...) Les choix d'enveloppe ont été guidés par le confort thermique d'hiver et d'été des locaux et minimisant le recours aux systèmes techniques. Le bâtiment proposé comporte une isolation très performante associée à une inertie mixte.

Les baies proposées combinent l'objectif de durabilité par le choix de l'aluminium et une très bonne performance thermique (1.8W/m_.K) grâce à la mise en œuvre de châssis oscillo-battants alternant avec des châssis fixes à rupture de pont thermique.
Le traitement des ponts thermiques a été pris en compte dès l'esquisse et les détails ont été particulièrement approfondis en conception :
- les principaux ponts thermiques, liés aux refends sont supprimés par l'isolation par l'extérieur;
- les casquettes de la façade Sud sont désolidarisées du bâtiment afin de conserver la continuité de l'isolant extérieur sur toute la surface de façade ;
- les autres ponts thermiques (plancher bas, plancher haut, menuiseries, …) ont tous été étudiés de façon à réduire leur impact sur l'isolation globale du bâtiment.

L'imperméabilité à l'air du bâtiment a également été approfondie pour respecter à minima le niveau Effinergie.

Test d'étanchéité à l'air
sur chantier ossature bois

Le choix d'une isolation en fibre de bois offre un triple avantage par rapport aux isolants traditionnels :
- déphasage 4 à 5 fois plus important qu'une laine minérale ou isolant synthétique : les pics de chaleur sont beaucoup mieux amortis.

- matériau perméable à la vapeur d'eau qui permet d'éviter les problèmes de condensation et qui supporte 20 fois plus d'humidité qu'une laine minérale.

- matériau naturel à faible énergie grise, qui participe favorablement au bilan énergie grise du bâtiment qui sera réalisé dans le cadre de l'appel à projet régional Effinergie

Chauffage / Rafraîchissement

Le rafraîchissement des locaux se fera en premier lieu par une gestion adaptée des ouvrants et par la surventilation nocturne prévue sur le bâtiment. Lorsque ces dispositifs deviendront insuffisants, un système de poutres froides alimentées par une pompe à chaleur eau/eau sur sondes verticales pourra être utilisé en rafraîchissement en été; sa fonction principale étant le chauffage du bâtiment. Ce type de système est bien adapté à un usage de bureau car réactif, bénéficiant d'un rendement élevé PAC eau/eau sur sondes avec poutres fonctionnant à des régimes de températures très favorables : 45/40°C et 14/20 °C et facilement adaptable à l'occupation des bureaux. Le chauffage et le rafraîchissement seront régulés en fonction de la température extérieure et adaptables par local.


Eau Chaude Sanitaire

La production d'eau chaude sanitaire se fera au plus près des points de puisage par chauffe-eau électriques instantanés afin de réduire les pertes de distribution ainsi que les apports de chaleur en été.
Les dispositifs d'économie d'eau potable prévus (mitigeurs à débit autorégulé 7L/min) participeront également aux économies sur la consommation d'eau chaude sanitaire.


Ventilation double flux

Afin de valoriser au maximum les apports de chauffage actif et passif, nous proposons une ventilation double flux avec récupération de chaleur à très haute performance (rendement > 80%) sur l'ensemble du bâtiment. Les bureaux seront ventilés de manière intermittente par des systèmes mécaniques double flux à débits maîtrisés. L'air neuf sera insufflé via les poutres froides et extrait dans chaque bureau. La ventilation double flux proposée permet de supprimer les entrées d'air en façade qui, étant donné l'importance du vent sur le site, auraient un fort impact sur les pertes de chaleur. Le poste rafraîchissement représente un poids important dans les consommations d'énergie des bureaux.


Nous proposons plusieurs solutions pour réduire au minimum ce poste :

Ventilation naturelle en journée en mi-saison :

Le bâtiment étant traversant et orienté Nord/Sud, une ventilation traversante pourra être créée par ouverture des fenêtres en début de matinée.
Des grilles d'entrée d'air sont prévues en bout de circulation de chaque niveau.
Associées au shed prévu en toiture du dernier niveau équipé d'ouvrants, elles permettront de créer un tirage naturel sur les 3 niveaux pendant les journées de mi-saison.


Eclairage

Notre travail porte en en priorité sur la qualité de l'éclairage naturel des locaux. Nous avons, dès la phase esquisse, recherché une optimisation des surfaces vitrées et validé le confort visuel des locaux.
Les résultats de simulation sous Dial sont présentés ci-après pour un bureau type.

Les dispositifs mis en place pour favoriser l'éclairage naturel sont notamment :

- des baies horizontales pour une meilleure répartition de la lumière dans tous les locaux à occupation prolongée

- éclairage naturel de toutes les circulations : éclairage en bout de couloir, shed en toiture, briques de verre entre niveaux et second jour entre bureaux et circulations, conduits de lumière

- éclairage naturel de l'escalier sur les 3 niveaux

- éclairage naturel de tous les sanitaires situés en façade

En complément de ces dispositifs et afin de les valoriser, l'éclairage artificiel sera asservi :
- à la présence et à la luminosité dans les circulations, escaliers et sanitaires bénéficiant d'ouverture en façade.
- à la présence et à la luminosité par zone avec deux zones d'éclairage dans les bureaux correspondant aux deux zones d'éclairage naturel
- à la présence dans les locaux techniques
- à un intercrépusculaire et sur horloge pour l'éclairage extérieur.

Ces asservissements comporteront, pour l'éclairage des circulations et bureaux, une temporisation permettant de commander l'extinction des appareils lorsqu'aucune personne n'a été détectée dans le local pendant 8 minutes. Les sources seront de type fluorescentes et les luminaires dimensionnés pour assurer un éclairage général de 150 lux dans les bureaux et circulations. Un appoint sur les postes de travail permettra d'assurer un éclairement de 350 lux.


Production d'énergie locale par panneaux photovoltaïques

Notre objectif étant en priorité d'optimiser tous les postes consommateurs d'énergie, la part à couvrir par les énergies renouvelables sera limitée au minimum. Nous proposons, pour atteindre le niveau Energie Positive, une production photovoltaïque en toiture du bâtiment, permettant à la fois :
- l'intégration des capteurs au bâti
- un rendement optimisé
- la non accessibilité pour le public



L'implantation des capteurs est proposée à la fois en couverture du shed par des modules en silicium monocristallin et en couverture d'étanchéité par des bandes de silicium amorphe. La surface disponible permettra de couvrir la totalité des besoins du bâtiment.
En complément et dans un objectif de communication et de sensibilisation des occupants et du public, un panneau d'affichage de la production photovoltaïque sera prévu dans le hall d'accueil.

Le calcul RT2005, mis à jour en phase PRO/DCE, a permis d'obtenir les résultats suivants :

En mettant de côté la production électrique photovoltaïque, la consommation conventionnelle RT en énergie primaire est de 55.45 kWh EP/m².an; elle se réparti comme suit :

Ce projet est actuellement en cours de construction; les travaux ont démarré début janvier 2011.
Une formation générale sur l'étanchéité à l'air a été réalisée fin janvier en présence de toutes les entreprises (chargés d'affaires et chefs de chantier) afin de sensibiliser tous les intervenants.
Le maître d'ouvrage, conscient de l'exemplarité de son bâtiment et conforté par un appel d'offres fructueux, vient de décidé d'investir encore plus dans le photovoltaïque avec pour objectif de couvrir toutes les consommations électriques du bâtiment; il nous a demander d'augmenter la production de
14.8 kWc à 36.6 kWc; soit une nouvelle production annuelle photovoltaïque d'environ 46 200 kWh.
Cela permettra d'obtenir un bâtiment à énergie positive tous usages.

Jean-Pascal ROCHE du Bet ADRET
J.P. ROCHE est ingénieur énergéticien spécialisé dans les concepts HQE®. Il intervient sur le territoire national dans les programmes tertiaire et résidentiel en assistance à Maîtrise d'Ouvrage et maîtrise d'œuvre.
www.adret.net

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Jean Pascal ROCHE participe à la 12° Université ICO du 11 au 13 mai 2011. « Energie : objectif ZERO ! »

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