Reconstruction de la 1ère médiathèque BEPOS de France, Aimé Césaire

Par nos consultants et experts techniques.

21 Septembre 2023

Par Sylvain Masson – Ingénieur BET Durand à Montpellier

Cette chronique traite de la reconstruction de la médiathèque Aimé Césaire à Castelnau le Lez (34) avec une caractéristique unique qui la positionne comme « première médiathèque BEPOS de France»

La métropole de Montpellier va donc s’équiper d’une nouvelle médiathèque au sein de la Commune de Castelnau-le-Lez qui remplacerait l’actuelle médiathèque Aimé Césaire.
D’une capacité en moyenne de 300 personnes par jour, la médiathèque doit devenir un équipement urbain phare où l’ensemble des publics se rencontrent, partagent des instants de vie et s’enrichissent de connaissances.

Montpellier Métropole travaille depuis longtemps sur le concept du « développement durable », et notamment via la mise en place d’un Agenda 21 avec 5 axes de réflexion :

« Renouvelons nos énergies »
« Bâtissons nos écoquartiers »
« Donnons à la ville un air de campagne »
« Ressourçons notre gestion de l'eau »
« Valorisons l'achat économe »

Dans le cadre de cet Agenda 21, la collectivité s'est engagée à réaliser des bâtiments à très haute performance énergétique et à dépasser dès que possible la réglementation en vigueur.

La nouvelle médiathèque Aimé Césaire se veut donc un bâtiment exemplaire du point de vue énergétique et environnemental et aura donc deux composantes :

- Celui d’une démarche HQE® non certifiée, dont les cibles sont les suivantes :
Exigences fortes :

Insertion du projet dans son environnement
Chantier à faibles nuisances
Energie
Gestion de la maintenance
Confort hygrothermique
Qualité sanitaire de l’air
Confort acoustique
Confort visuel

Exigences médianes :

Choix des matériaux
Gestion de l’eau
Gestion des déchets d’activité

Exigences faibles :

Confort olfactif
Qualité sanitaire des espaces
Qualité sanitaire de l’air

- Le niveau de performance énergétique recherché sera un Bâtiment à énergie positive (BEPOS) basé sur les exigences du label BEPOS Effinergie 2013, avec une production photovoltaïque.

Dans la mesure où les médiathèques ne sont actuellement pas soumises à la RT2012, une démarche pilote a été engagée avec Effinergie et Certivéa pour définir les paramètres pertinents pour ce type de bâtiment. Ces paramètres devraient déboucher sur une certification spécifique pour le type de bâtiment médiathèque, ce qui fera d’Aimé Césaire la première médiathèque BEPOS de France.

L’équipe de maitrise d’œuvre est composée de :

CARACTERISTIQUES DU BATI

Le projet comprend une zone médiathèque de 825m² répartie sur deux niveaux en RDC et R+1 et d’une zone bureaux en R+2 de 129 m².

Surface utile : 964 m² et SHON RT : 1060 m²

D’une manière générale, les qualités bioclimatiques du bâtiment ont été soignées.
Les caractéristiques d’isolation mise en œuvre sont les suivantes :

Murs sur extérieur isolés par l’extérieur:
Mur extérieur du RDC et R+1 composé de :

20 cm de béton
20 cm de laine de bois semi rigide (R = 5.263 m².°C/W).

U = 0.180 W/m².°C

Mur extérieur du R+2 composé de :

Ossature bois
14 cm + 6 cm de laine de bois semi rigide (R = 5.263 m².°C/W).

U = 0.215 W/m².°C

Planchers bas isolés en sous face:
Plancher bas sur extérieur et sur locaux non chauffés composé de :

20 cm de béton
20 cm de panneaux de laine bois avec âme en laine de roche (R = 5.71 m².°C/W)

U = 0.165 W/m².°C

Plancher bas sur extérieur équipé d’une plancher chauffant composé de :

20 cm de béton
20 cm de panneaux de laine bois avec âme en laine de roche (R = 5.714 m².°C/W)
8.9 cm dalle à plots en polystyrène expansé + chape (R = 0.75 m².°C/W)

U = 0.147 W/m².°C

Plancher bas sur dalle portée équipé d’un plancher chauffant composé de :

20 cm de béton
20 cm de panneaux de polystyrène expansé (R = 5.556 m².°C/W)
8.9 cm dalle à plots en polystyrène expansé + chape (R = 0.75 m².°C/W)

U = 0.142 W/m².°C

Plancher haut isolé sous étanchéité :
Plafond sur extérieur du RDC et R+1 composé de :

20 cm de béton
16.4 cm de panneau de polyuréthane (R = 6.90 m².°C/W)

U = 0.139 W/m².°C

Plafond sur extérieur du R+2 composé de :

Ossature bois
16.4 cm de panneau de polyuréthane (R = 6.90 m².°C/W)

U = 0.188 W/m².°C

Fenêtres :
Vitrage extérieur du jardin d’hiver simple vitrage

Uw: 5.1 W/m².K FS=0.80

Vitrages isolants double vitrage

Uw: 1.6 W/m².K FS=0.47 TL=0.55

Traitement des ponts thermiques
Afin de respecter les contraintes du BBIO de la RT2012 les ponts thermiques ont été traités de manière structurelle (continuité de l’isolant grâce à l’ITE).

CONCEPTION BIO-CLIMATIQUE

Jardin d’hiver
En parallèle des caractéristiques d’isolation, le cabinet d’architecture FGA a prévu dans sa conception une zone dite « jardin d’hiver ». L’idée de base consiste à créer une zone thermiquement non isolée mais conçue de façon à bénéficier au maximum des apports solaires hivernaux (façade double peau). L’espace est équipé de lames orientables en façade type NACO ayant pour but de s’ouvrir en fonction des besoins (ventilation naturelle en été ou en demi-saison).

Coupe n°1 : coupe sur jardin d’hiver, ventilation naturelle

Le Bureau d’études DURAND a réalisé les simulations thermiques dynamiques de cet espace afin d’évaluer le confort thermique, les gains de consommation de chauffage, et les optimisations à réaliser. Les études ont montré l’intérêt de la façade double peau sur la durée d’utilisation des espaces extérieurs en tant que jardin d’hiver. En effet, cet espace sera utilisable du 21 janvier au 20 mai alors que sans l’effet de « serre » créé par cette double peau, les conditions extérieures ne seraient favorables qu’à partir du 19 mai. De même, cet espace sera utilisable du 17 octobre au 03 décembre alors que sans l’effet de serre créé par cette double peau, les conditions extérieures ne seraient plus favorables à partir du 25 octobre.
La simulation a permis de valider la cohérence du jardin d’hiver en tant qu’espace tempéré. En plus d’être une deuxième peau pour le bâtiment et ainsi d’en réduire la consommation en chauffage, cet espace permet de profiter d’une terrasse à des périodes où cela n’est pas envisageable habituellement.

Surventilation nocturne
Les simulations thermiques dynamiques ont également montré l’intérêt d’une surventilation nocturne visant à décharger le bâtiment de ces calories pendant la nuit en réalisant une surventilation des espaces centraux (salons de lecture et rayonnages). Ces espaces étant en communication par le biais des trémies d’escalier, il a été prévu de réaliser une prise d’air au RDC sur la façade double (elle-même ventilée) et une extraction en partie haute. L’intérêt de prendre l’air via la façade double peau est de réduire au maximum les risques d’intrusion ou de pluie par la grille d’amenée d’air.
Par soucis d’efficacité, cette ventilation sera mécanique et équivalente à 5 vol/h.

Graphique n°1 : Influence de la surventilation nocturne sur la température du salon de lecture RDC pendant la semaine la plus chaude (S30)

On peut constater sur ce graphique que la surventilation nocturne permet de faire chuter la température intérieure des locaux et par conséquent réduire la puissance appelée lors des phases de remise en température (suite à une dérive des températures en inoccupation) mais également de réduire les besoins en rafraichissement.

Graphique n°2: Influence de la surventilation nocturne sur la température du salon de lecture RDC en intersaison (S19 à 22)

En intersaison, cette surventilation nocturne combinée à l’inertie du bâtiment permet même de se passer de rafraichissement.

SYSTEMES TECHNIQUES MIS EN ŒUVRE

CHAUFFAGE / RAFRAICHISSEMENT
Le chauffage et le rafraichissement sont assurés par deux PAC air/eau, de type Climaveneta NECS-CN0152 ou similaire, situées dans le local PAC, avec les caractéristiques suivantes :

P chaud : 42.4 kW
COP : 2.86

P froid : 36 kW
EER : 2.59
ESEER : 4.06

Régulation centrale en fonction de la température intérieure par thermostat

Régulation par pièce par sonde de température dans les locaux accueillant du public, et par thermostat dans les bureaux.

Equipement d'intermittence central avec minimum de température, bénéficiant d'un avis technique favorable.

EMISSIONS
L’émission du chauffage sera assurée par plancher chauffant/rafraichissant et par ventilo-convecteurs pour les espaces de consultation et les bureaux, ainsi que par des radiateurs fonctionnant à basse température ΔT 20°C(régime d’eau 45-35°C) équipés de robinets thermostatiques certifiés, dans les sanitaires et les circulations.
Les émetteurs seront dimensionnés selon la norme EN442, de façon à assurer une température ambiante homogène de 19°C dans toutes les pièces.

ECS
Les besoins d’ECS étant très limités, ils seront assurés par des ballons électriques de 15 L avec une constante de refroidissement de 0.76 Wh/l.K.j minimum.

VENTILATION
Il est prévu une ventilation double flux généralisée de type DUOTECH 4700 de marque France Air ou équivalent, fonctionnant à pression constante. Régulation par zone sur sonde CO₂. Efficacité de l’échangeur à 87%.
La VMC des sanitaires sera assurée par un extracteur simple flux. Les entrées d’air seront gérées par la VMC double flux.
Le caisson d’extraction VMC sera de type Airvent EC850 de marque France Air ou équivalent et aura une consommation RT 2012 de 67.9 W-Th-C.
De plus, afin d’assurer une excellente étanchéité des réseaux de ventilation, il sera mis en place des accessoires à joint sur le réseau VMC respectant la classe A suivant la RT2012.
Les débits de ventilation respecteront le règlement sanitaire départemental.

PHOTOVOLTAÏQUE
Il est prévu pour le générateur photovoltaïque d’utiliser des modules monocristallin à 20% de rendement. Il sera installé 274 m² de panneaux pour une puissance de 55 kWc, réparti pour 90% en toiture et 10% en façade orientée Sud- Est.

ECLAIRAGE
Il est prévu un bâtiment intégralement équipé de luminaires LED avec des performances minimales de 100 lumen/Wabsorbé. L’ensemble des espaces de consultation ont un accès à l’éclairage naturel. Les espaces sont traités en éclairage artificiel avec une puissance installée de 5,24 W/m².

GTC
Les équipements techniques du bâtiment seront monitorés par un système de gestion technique centralisé (GTC).

Les principales fonctions assurées par le système sont les suivantes :

Programmations conditionnelles et temporelles avec pilotage en temps réel des différents appareils de climatisation, de chauffage, de ventilation et des circuits d’éclairage, en fonction des créneaux horaires et des conditions d’occupation des locaux.
Gestion de la ventilation naturelle du jardin d’hiver et de la surventilation nocturne.
Surveillance centralisée des défauts d’alarmes techniques
Surveillance sécurité (alarme de synthèse de la centrale intrusion)
Contrôle et archivage des températures des locaux, et des mesures de puissance électrique
Elaboration d’un bilan énergétique de manière automatique
Supervision GTC avec plans graphiques dynamiques

Le système de GTC a pour objectif de pérenniser l’investissement immobilier et de l’optimiser en coût global. Il permettra notamment :

D’apporter le meilleur confort thermique aux occupants des locaux,
De faciliter l’exploitation des équipements techniques du bâtiment,
D’optimiser la consommation énergétique du bâtiment,
De relever le comptage des compteurs d’eau (AEP, arrosage extérieur),
De relever le comptage d’énergie,
De permettre la flexibilité des équipements et de leur gestion,
De contribuer à la sécurité des personnes et des biens,
D’offrir à l’exploitant un tableau de bord synthétique lui permettant de visualiser et de piloter ses installations.

ENSEIGNEMENTS ET CONCLUSIONS

Tout l’enjeu du projet a été l’optimisation du bâtiment afin qu’il soit peu énergivore en hiver comme en été. L’objectif d’un bâtiment BEPOS de type Médiathèque était plus qu’ambitieux de par les contraintes associées telles que les besoins de rafraichissement, les apports occupants et machines importants ainsi que les consommations électriques auxiliaires.

L’optimisation de la surface vitrée du jardin d’hiver a été un des points clé, permettant d’avoir un espace tempéré en mi-saison, tout en limitant les apports solaires en période estivale, limitant ainsi les besoins de rafraichissement. Un travail sur l’optimisation de la ventilation de cet espace tampon ainsi que sur la surventilation nocturne a également été prépondérant.

Ce projet s’est construit grâce à la collaboration étroite des différents acteurs de la maîtrise d’œuvre, de la maîtrise d’ouvrage et de l’AMO HQE. Il aboutit aux compromis finaux qui permettent d’intégrer au projet architectural, à la fois les contraintes de la démarche HQE (choix des matériaux, acoustique …), les exigences du label BEPOS (équipements techniques performants, isolation renforcée, consommation réduite...) et le coût maîtrisé du projet.

Par Sylvain Masson – Ingénieur BET Durand à Montpellier