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Conception intégrée de bâtiments à énergie positive - technologies, outils d’aide à la conception et démarches

Coordination : PEUPORTIER Bruno - ENSMP - Centre d’Energétique

Objectifs scientifiques

Les objectifs de protection du climat conduisent, dans la loi d’orientation sur l’énergie, à réduire d’un facteur 4 les consommations d’énergie dans les bâtiments à l’horizon 2050. Pour atteindre cet objectif, il convient de travailler à la fois sur la conception architecturale et sur des solutions techniques. Ces démarches, qui peuvent également contribuer à la valorisation des sources renouvelables locales, doivent être applicables aux constructions neuves et existantes.

Les logements globalement producteurs d’énergie, construits à Freiburg en Allemagne, ont montré la possibilité d’atteindre des performances très élevées, mais aussi la nécessité de limiter les risques de surchauffe en particulier lors de canicules, de maîtriser le coût global de ces systèmes et d’en réduire les impacts environnementaux. Il est également essentiel de former les acteurs du bâtiment à ces nouvelles pratiques professionnelles.

Au niveau technique le faible niveau de consommation énergétique incite, pour rentabiliser les équipements, à couvrir l’ensemble des besoins, chaleur et électricité. C’est pourquoi la micro-cogénération est envisagée, avec différentes sources d’énergie (gaz, bois, solaire, hydrogène). En ce qui concerne l’amélioration du confort dans les bâtiments, le projet portera sur le rafraîchissement par « puits canadien » (air refroidi dans des conduites enterrées), ce qui fera l’objet de travaux théoriques et expérimentaux.

Problématiques

Atteindre un haut niveau de performance énergétique demande d’associer architecture et ingénierie dès les premières phases d’un projet, donc de sortir du schéma linéaire actuel où les acteurs travaillent successivement : c’est le principe de la conception intégrée. Il faut d’autre part prendre en compte des critères environnementaux, économiques et sociaux dans les décisions.

La recherche proposée ici intègre ces contraintes, grâce à des outils de modélisation multi-critères : étude des consommations énergétiques, du confort thermique et de l’éclairage par simulation dynamique, évaluation des impacts environnementaux par analyse de cycle de vie. L’originalité de cette démarche, démontrée lors d’une comparaison inter-modèles dans le cadre du réseau européen PRESCO sur la construction durable, est renforcée par son caractère interdisciplinaire associant les technologies de l’énergie, les aspects architecturaux et le management de projet. Les modèles issus de la recherche sont mis à la disposition d’un réseau d’utilisateurs, architectes et bureaux d’études techniques, sous la forme d’outils d’aide à la conception.

Programme de travail

Le projet proposé comporte trois composantes : modélisation, expérimentation et management. Un modèle thermique de bâtiment intégrant déjà les aspects « bioclimatique » (réduction des besoins énergétiques et amélioration du confort) et solaire (thermique et photovoltaïque) sera complété par des modules de calcul pour les puits canadiens d’une part, et les systèmes de micro-cogénération d’autre part.

Ce modèle est chaîné à un outil d’analyse de cycle de vie, permettant d’effectuer des bilans environnementaux. Cet ensemble logiciel constituera la base d’outils d’aide à la conception permettant par la suite l’étude de concepts de bâtiments (par exemple adaptation des « maisons passives » allemandes ou des logements suisses « Minergie » au contexte francilien).

Des données expérimentales (puits canadiens réalisés en Ile de France, système de micro-cogénération en fonctionnement) seront collectées afin de valider le modèle, et des prototypes seront construits afin d’étudier la pertinence de nouveaux concepts. Par exemple le laboratoire développe des turbines volumétriques pour la génération d’électricité. La chaleur résiduelle peut être utilisée pour la production d’eau chaude sanitaire, le chauffage du bâtiment, mais aussi le rafraîchissement en utilisant un cycle à absorption. L’utilisation de la biomasse solide ou liquide permet de réduire les émissions de CO2 : une unité de micro-cogénération associée à un gazéificateur fonctionne à partir de granulés de bois.

Dans le domaine du management, partant d’une analyse critique de projets récents de bâtiments "verts" et des principaux outils existants, la recherche visera à mettre en évidence les conditions, les principes, les outils et les modèles d’organisation d’une conception intégrée. Il s’agit notamment de s’interroger sur les modes de coopération à susciter entre les différents acteurs de la construction afin d’atteindre des niveaux de performance réels, au-delà d’une conformité à des procédures de certification.

Des activités de dissémination auront pour objectif de susciter des opérations de démonstration, et de constituer un réseau francilien de professionnels, Architectes, Bureaux d’études techniques, Maîtres d’Ouvrage et Entreprises, utilisateurs des résultats de ces travaux de recherche pour un premier retour d’expérience.

Dans le prolongement de ce travail, une réflexion pourra être menée concernant l’extension des outils d’analyse au niveau d’un quartier, en particulier afin d’étudier la compatibilité des solutions proposées avec l’usage d’énergies renouvelables en réseau. Les travaux de recherche seront complétés par des activités de formation, par exemple sur la qualité environnementale des bâtiments, en particulier à l’Ecole d’Architecture de Paris La Villette.

Equipe et partenaires

Coordination : PEUPORTIER Bruno - Centre d’Energétique des Procédés - ENSMP