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Approche Scientifique de l’architecture Bioclimatique
« SYMBIOSE – Approche scientifique de l’architecture bioclimatique » du 14.12.2007

« SYMBIOSE – Approche scientifique de l’architecture bioclimatique » du 14.12.2007

Compte-Rendu du Colloque
14 décembre 2007, par Thomas REBILLARD
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La première édition du colloque sur l’architecture bioclimatique organisé par l’association Objectif-Sciences et intitulé « SYMBIOSE – Approche scientifique de l’architecture bioclimatique » s’est tenue le vendredi 14 décembre 2007 au Centre de séjours scientifique de Prabouré sous forme de réunion préparatoire à l’édition 2008.

Sommaire

Étaient présents

Les membres de l’association Objectifs-Sciences :
Dominique Andréani, directrice générale et auto-constructrice
Olivier Bioteau, éducateur scientifique et écologue
Thomas Egli, président de l’association
Hanna Kleine-Weischede, responsable publication-communication et botaniste
Jérome Mathey, responsable sciences et pédagogie
Thomas Michel, éducateur scientifique et géologue
Thomas Rebillard, éducateur scientifique diplômé en architecture

Personnes extérieures :
Sylvain Lemoine, ingénieur arts et métiers spécialisé dans les énergies renouvelables
Frédéric Seigne, ingénieur structure bois

Cette réunion se déroula autour de trois présentations ponctuées et suivies de discussions et de débats.

1 - Problématique générale

par Thomas Rebillard

Introduction

La présentation de la dimension symbiotique de la vie et du développement du corail fut l’occasion de montrer comment une association intime et durable entre deux organismes d’espèces différentes peut mener, grâce à la production d’une structure abritante, à l’enrichissement et à la diversification de la vie d’un milieu pauvre à l’origine. Inspiré de ce système, le colloque « SYMBIOSE » tendra à promouvoir une approche pluridisciplinaire et collaborative en architecture ainsi que les méthodes de conception attentives aux liens qui unissent les hommes et leur environnement.

Contexte

Présentation des données majoritairement reprises pour justifier de la nécessité de diminuer l’impact environnemental liée aux activités humaines et aux exigences du confort :

L’empreinte écologique : Surconsommation, appauvrissement des sols et épuisement des ressources naturelles (matières premières et énergies fossiles)

Émission de gaz à effet de serre et réchauffement climatique

Solutions et préconisations actuelles

L’écologie industrielle : Sans perdre de vue l’importance de la sobriété des usages de chacun, l’écologie industrielle se propose de réduire l’empreinte écologique humaine au moyen de l’analyse des flux de matière et de la mise en place de système de bouclage, de l’identification et du recyclage des stocks disponibles (déchets, rébus) et d’établir des choix éclairés en matière de technologies.

Le facteur 4 : Le GIEC préconise une division par 4 des émissions de gaz à effet de serre dans les pays occidentaux d’ici 2050 pour une stabilisation du réchauffement climatique entre +1,5 °C et +3,9 °C. Le changement d’ère climatique étant fixé à +4° par les climatologues (anthropocène).

Le secteur du bâtiment

Le facteur 4 implique une consommation de 50 kWhep/m²/an en énergies domestiques (chauffage, rafraîchissement, production d’eau Eau
Eaux L’eau est un concept très largement abordé au sein des stages Objectif Sciences, que ça soit sous la forme de Vacances Scientifiques ou de Classes Sciences pour les établissements scolaires, et ce dans tous les pays où l’association est présente (Polynésie, France, Québec...). chaude sanitaire, ventilation, éclairage, auxiliaires) pour l’ensemble du parc immobilier.

La réglementation thermique française applicable au neuf fixe au mieux cette valeur à 80 kWhep/m²/an.

Le label Effinergie certifie une consommation permettant d’atteindre le facteur 4, une part de cette consommation devant de plus être fournie par la combustion d’éléments issus de la biomasse.

Pour atteindre le facteur 4, il faut donc combler le déficit lié aux consommations dans le bâti ancien, ce qui, pour le secteur du bâtiment implique la nécessité de :

Réduire à leur minimum les consommations dans le neuf (exemple des labels allemand (Passiv Haus) et suisse (Minergie) qui exigent une consommation inférieure à 15kWhep/m²/an)

Rénover le parc ancien pour de meilleures performances énergétiques (le label Effinergie est attribuable à une rénovation atteignant 80kWhep/m²/an)

Utiliser les énergies renouvelables non émettrices de gaz à effet de serre

Impacter les autres secteurs d’activité en diminuant les énergies grises liées à la production et au transport des matériaux de construction

La haute performance énergétique

Ses principes s’appuient essentiellement dans le bâtiment sur la diminution des déperditions thermiques et sur des apports issus des énergies renouvelables :

La compacité de l’envelopppe pour limiter les surfaces d’échanges thermiques
$\Rightarrow$ Volumétrie simple

La surisolation et la chasse aux ponts thermiques
$\Rightarrow$ Isolation extérieure de grande épaisseur avec retour le long des menuiseries + bardage et freine vapeur + bonne isolation des toitures et des planchers bas
$\Rightarrow$ Vitrages et menuiseries performants (triple vitrage)

L’étanchéite à l’air
$\Rightarrow$ Ventilation à double flux
$\Rightarrow$ Mise en œuvre de qualité
$\Rightarrow$ Tests

L’utilisation de la biomasse et des énergies renouvelables

L’architecture bioclimatique

Si les principes de la haute performance énergétique sont tous présents dans la conception bioclimatique, l’attention qu’elle porte au climat et plus généralement au milieu au sein duquel elle prend place lui confère d’autres spécificités. Principalement celle de rétablir entre l’habitant, l’usager un lien avec les rythmes de la nature. C’est ainsi que l’on peut parler d’une volonté de symbiose entre le bâtiment, le bien-être de ses occupants et le respect de l’environnement local et global.

L’architecture bioclimatique est localisée. Elle se met au service de l’harmonie entre le milieu et ses habitants. La matérialité et les formes spécifiquement adaptées aux climats locaux font de ces architectures des enveloppes régulatrices donnant place à un confort domestique adapté aux exigences des habitants en toute conscience des contraintes et avantages du lieu d’installation. Ses principes d’adaptation douce permettent souvent de révéler le caractère propre du lieu où elle s’installe (identification-orientation). Elle possède ainsi une valeur culturelle forte en s’inscrivant durablement dans le paysage.

Elle intègre les problématiques environnementales et énergétiques selon une triple logique :

Substitution : solaire passif
$\Rightarrow$ Connaissance du potentiel en énergie solaire
$\Rightarrow$ Systèmes de captage performants adaptés aux besoins journaliers et saisonniers

Optimisation : régulation spatiale et temporelle par rapport aux données climatiques locales
$\Rightarrow$ Connaissances approfondies des données climatiques
$\Rightarrow$ Connaissances de la propagation des flux thermiques
$\Rightarrow$ Connaissances des propriétés thermiques et hygrométriques des matériaux
$\Rightarrow$ Systèmes d’adaptation évolutifs selon les rythmes journaliers, saisonniers et annuels

Sobriété : usages et diminution des énergies grises
$\Rightarrow$ Connaissance des usages afin de s’assurer de leur possible adéquation avec les fonctionnalités offertes et les nécessités induites par les espaces et les équipements mis en place.
$\Rightarrow$ Connaissances des filières de production et de transport des matériaux
$\Rightarrow$ Connaissance des traitements et des services de maintenance nécessaires au bon entretien des matériaux et des équipements mis en œuvre
$\Rightarrow$ Connaissance de la durée de vie des matériaux et de leur possible recyclage
$\Rightarrow$ Systèmes de contrôle et de certification des filières de production
$\Rightarrow$ Système de diminution et de recyclage des déchets de la construction et des déchets domestiques
$\Rightarrow$ Traitements naturels des eaux Eau
Eaux L’eau est un concept très largement abordé au sein des stages Objectif Sciences, que ça soit sous la forme de Vacances Scientifiques ou de Classes Sciences pour les établissements scolaires, et ce dans tous les pays où l’association est présente (Polynésie, France, Québec...). usées
$\Rightarrow$ Récupération des eaux de pluie suivant les ressources hydriques locales disponibles

Efficience de l’architecture bioclimatique

La qualité des matériaux disponibles et de leur mise en œuvre entre en grande partie dans l’efficience de l’architecture projetée. Les outils modernes de simulation permettent également aux concepteurs d’évaluer plus précisément la pertinence de leurs choix.

Techniques et matériaux :

Les plus fréquemment utilisées en architecture bioclimatique et en éco-construction impliquent, pour une utilisation croissante et efficace, la redécouverte, l’invention et/ou le développement et la consolidation de savoir-faire. La liste suivante n’est pas exhaustive, elle présente des possibilités de développement relatives à une optimisation de l’utilisation des matériaux et techniques cités :

Les terres crues pour leur potentiel inertiel, leur capacité de régulation de l’humidité de l’air, leur production peu énergivore et la disponibilité de la ressource.
$\Rightarrow$ Redécouverte, analyse et connaissance des ressources locales pour une utilisation appropriée des terres locales en fonction de leur composition.
$\Rightarrow$ Connaissances et modernisation des techniques de transformation (pisé, adobes, BTC…) et de mise en œuvre.

La chaux pour ses propriétés hygrométriques, sa faible sensibilité aux variations climatiques et ses qualités antiseptiques :
$\Rightarrow$ Transmission des savoir-faire pour les enduits intérieurs et extérieurs
$\Rightarrow$ Recherche, expérimentation et certification des bétons à base de chaux et des blocs de maçonneries chaux-fibres végétales.

Le bois pour ses qualités structurelles, son bilan écologique favorable en cas de gestion durable des forêts et la qualité des ambiances visuelles, sonores et thermiques qu’il permet de créer :
$\Rightarrow$ Connaissance et anticipation des conditions d’exploitation nécessaire à la production d’un bois de construction de qualité (périodes de coupe, durée de séchage)
$\Rightarrow$ Conception et mise en œuvre adaptées aux qualités particulières des bois locaux (dimensionnements et répartition des charges singuliers)
$\Rightarrow$ Qualité de la mise en œuvre des bardages et traitements préventifs

La pierre en tant que ressource locale, pour sa solidité, son inertie, son esthétique et sa présence traditionnelle et culturelle au cœur de nombreux paysages ruraux :
$\Rightarrow$ Rénovation et adaptations bioclimatiques de l’architecture vernaculaire en milieu rural
Menuiseries à forte résistance thermique et triples vitrages
$\Rightarrow$ Développement de la production.
$\Rightarrow$ Détails de pose des menuiseries, positionnements par rapport aux isolants pour une résistance thermique totale optimisée.

Isolants végétaux
$\Rightarrow$ Développement de la production.
$\Rightarrow$ Qualité de la mise en œuvre, raccords et recouvrements, étanchéité et protections.

Outils de conception :

Recueil des données climatiques

Mesures des températures en temps réels, évaluation et localisation des déperditions thermiques pour la réhabilitation

Logiciels de simulation des bilans thermiques

Problématiques et interrogations ayant été soulevées et débattues durant et suite a cette présentation

Qualité des filières de production (bois notamment)
$\Rightarrow$ Reconnaissance et gestions intégrés des territoires forestiers intégrant les exigences du développement durable

Développement des savoir-faire artisanaux
$\Rightarrow$ Formations

Rentabilisation et maîtrise des surcoûts liés aux hautes performances énergétiques
$\Rightarrow$ Calcul et prise en compte des coûts de revient à court, moyen et long terme dans le choix des investissements initiaux

Accessibilité aux revenus les plus faibles
$\Rightarrow$ Auto-construction : expérimentation, valorisation des sous-produits de l’agriculture et de l’industrie, ressources locales, recyclage, partage d’expériences

Logements sociaux : sensibilisation des bailleurs à la rentabilité à moyen voire à court terme des hautes performances énergétiques,

Techniques applicables à la rénovation
$\Rightarrow$ Techniques et mises en œuvre adaptables, choix stylistiques et freins réglementaires

Connaissance du bilan écologique global pour le choix d’un matériau et d’une technique
$\Rightarrow$ Origine, production et composition des matériaux

En milieu rural
$\Rightarrow$ Choix des modes et des lieux d’installations : Habitat autonome, habitat dispersée, cœur de bourg, lotissements. Critères sensibles, climatiques et environnementaux, culturels, sociaux et économiques : vers une démarche intégrée, symbiose et synergie.

En milieu urbain
$\Rightarrow$ La densité des milieux urbains, leur haut niveau d’artificialisation n’empêchent pourtant pas l’utilisation des principes bioclimatiques en matière de constructions neuves et de réhabilitation. Utiles en termes de performances énergétiques, une pratique plus complète de l’architecture bioclimatique en ville incite à une étude plus poussée des microclimats urbains et de leur éventuelle transformation suivant le type d’urbanisme mis en place.

La configuration des îlots traditionnels offre l’avantage de ne soumettre en général que deux façades principales aux échanges thermiques entre le dedans et le dehors. Se posent alors conjointement la question des possibilités de captage solaire et de répartition des apports ainsi que celle de la respiration de ces espaces denses, de la présence de végétation comme régulateur hygrométrique et thermique. On pense aussi à l’intégration de la valorisation et du recyclage en circuit court des ordures ménagères et à celle des modes de transport non polluants.

Zones d’Aménagement Concerté bioclimatiques et opérations de rénovation- reconstruction d’ilôts anciens : des modèles à évaluer.

Technosphère Quels modes de développement des énergies renouvelables

2 - Bio-mimétisme, copier la nature

par Thomas Egli

Qu’il s’agisse de la copie de ses formes (bionique), de celle de procédés (physionique) ou de celle d’organisation et systèmes d’échange (écologie industrielle), la nature demeure potentiellement une grande source d’inspiration pour le génie humain que ce soit dans le domaine de l’art ou de l’ingénierie.

La présentation a tendu à promouvoir une méthode prospective et scientifique de développement de solutions techniques inspirées de la nature au service de l’architecture et de modes d’organisations humaines selon une triple logique d’observation et de mise en application :

Identification Repérage d’un matériau du Vivant présentant une propriété intéressante

Compréhension Sur la base de la connaissance de la structure, comment la propriété en question s’exprime t-elle ?

Contretypage En utilisant des moyens qui sont en général différents des moyens naturels.

En architecture au-delà d’une posture purement esthétique inspirée des formes de la nature :

Identification du besoin : L’architecte identifie son problème ou son ambition technique.
Formalisation du besoin : En termes et schémas organiques, physiologiques et écologiques .

Recherche d’idées dans la Nature : Utilisation de sources d’information, exploration du Vivant, enquête auprès des scientifiques de domaines divers.
Modélisation : Compréhension puis schématisation.

Contretypage

Urbanisme, organisation et aménagement du territoire

Aller jusqu’à copier l’organisation et les processus de mise en forme
$\Rightarrow$ Copier les morphogénèses pertinentes

Mêler organisation des structures et organisation des fonctionnements
$\Rightarrow$ Vers une physionique anatomique

Problématiques et interrogations ayant été soulevées et débattues durant et suite a cette présentation :

Approche globale du vivant
$\Rightarrow$ Si la bionique extrait une composante du vivant pour amener la connaissance de propriétés et de fonctions spécifiques, la physionique s’appuie sur l’étude des interactions et des rétroactions qui font la spécificité du vivant et qui touchent à des discipline scientifiques diverses. En ce sens, elle vise et encourage une approche plus globale du vivant.

Copier la nature : une fin en soi ?
$\Rightarrow$ Toute copie des modes d’organisation du vivant doit s’inscrire dans un mode d’organisation humain démocratique. Les choix opérés ont pour but d’améliorer ou d’apporter la critique de son mode de fonctionnement, non de le supplanter. Toute expérimentation dans le domaine doit être soumise à une exigence éthique de démocratie et de légalité.

3 - Les énergies renouvelables pour le bâtiment

par Olivier Bioteau

Cette présentation fut un inventaire des différentes sources directes ou indirectes d’énergies renouvelables ayant toute pour source primaire le rayonnement solaire.

Solaire thermique : serres solaires, centrales solaires thermodynamiques, collecteurs paraboliques, climatisation solaire

Biomasse : cheminées, poêles, chaudières, installations industrielles – incinération des déchets organiques, biogaz par méthanisation, biocarburants

Solaire photovoltaïque

Énergie éolienne

Énergie hydraulique : centrales électriques, moulins Géothermie

Géothermie

Problématiques et interrogations ayant été soulevées et débattues durant et suite a cette présentation

Rendements et disponibilité des énergies renouvelable
$\Rightarrow$ Chacune de ces énergies possède ses propres caractéristiques en termes de rendement et de disponibilité. Pour des rendements optimaux, l’association de ces différentes sources d’énergies renouvelables avec cogénération de chaleur et d’électricité dans certains cas a été avancée comme la meilleure piste de développement. Demeure alors la question de la mutualisation des énergies produites. Quels sites de production pour quels bénéficiaires ?

4 - Problématiques ayant été abordées mais n’ayant pas fait l’objet de présentation

Construire avec le climat, microclimats et changements climatiques :

Anticiper le réchauffement climatique :
- Évaluation locale des changements ?
- Prise en compte de l’évolution du climat dans la conception bioclimatique : Systèmes évolutifs par rapport aux données climatiques actuelles notamment pour les périodes chaudes (dimensionnement des procédés de captage de l’énergie solaire, occultations, rafraîchissement), architecture éphémère recyclable.

Démarche active, création de microclimats :
- Intervention sur le milieu : rétention d’eau, choix des espèces végétales, habitat groupé, lutte contre les incendies.
- Haute technologie : systèmes actifs utilisant les énergies renouvelables.

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