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6.2 Concepts énergétiques

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Un concept énergétique est une analyse de la manière la plus pertinente possible dont un bâtiment peut être alimenté efficacement en énergie (chaleur pour le chauffage, froid pour la climatisation, électricité pour l’éclairage, installations etc.) et de la manière dont la transfor­mation et la distribution de l’énergie à l’intérieur du bâtiment doivent s’effectuer. A cela s’ajoute la question de savoir quels systèmes techniques choisir pour équiper le bâtiment. On pourrait ainsi distinguer le concept d’approvisionnement en énergie, le concept d’enveloppe et de construction optimisés sur le plan énergétique et le concept d’installations techniques du bâtiment. Dans la pratique, tout ceci est généralement regroupé sous la notion de concept énergétique.

6.2.1 Objectifs

La définition des objectifs est la première des priorités, car elle seule permet de procéder de façon ciblée et de connaître les exigences posées.

Les objectifs doivent être prédéfinis par le maître d’ouvrage. Ils peuvent être pondérés différemment, pour permettre une comparaison plus facile des variantes possibles. Selon l’expérience et les connaissances du maître d’ouvrage, le conseil d’un spécialiste en énergie peut s’avérer intéressant, voire nécessaire. Il est recommandé d’attribuer à la définition des objectifs une importance suffisamment élevée, afin de garantir que ceux-ci pourront être réalisés de façon efficiente et d’éviter toute déception ou tout travail inutile. L’expérience permet d’affirmer que plus les objectifs sont pointus, meilleure est la solution.

Pour un concept énergétique, on peut par ex­emple définir les objectifs prioritaires suivants:

  • Approvisionnement sûr en énergie, orienté vers l’avenir
  • Investissements minimums pour l’appro­visionnement en énergie et les installations techniques du bâtiment
  • Consommation minimale d’énergie primaire non renouvelable
  • Utilisation maximale d’énergie renouvelable
  • Réduction au minimum des émissions de CO2
  • Obtention d’un niveau de confort prédéterminé
  • Frais d’entretien minimums des installations techniques ou du bâtiment
  • Systèmes éprouvés
  • Systèmes et technologies innovants
  • Emissions de polluants minimales
  • Flexibilité des systèmes et de l’utilisation de l’espace
  • Respect de valeurs cibles ou de labels pré­définis (p. ex. SIA 380/1 ou 380/4, Minergie®, DGNB)
  • Encombrement minimal des installations techniques du bâtiment
  • Prescriptions établies en termes de sécurité d’approvisionnement ou de redondance des systèmes
  • Préservation de la valeur du bâtiment à long terme
  • Etc.

Les objectifs peuvent être prédéterminés dans un cahier des charges fonctionnel (catalogue des exigences) pour le concept énergétique, dans lequel le maître d’ouvrage peut également définir les solutions et conditions qu’il connaît déjà ou qu’il souhaite à tout prix voir mettre en œuvre. Le conseiller en énergie ou le planificateur qui élabore le concept énergétique réalise à partir de là le cahier des charges technique pour le bâtiment, qui représente alors la prescription obligatoire pour la suite de la planification.

Pour les bâtiments existants, un concept énergétique peut également être élaboré. Il définit la planification à long terme et élabore une procédure pertinente, afin de déterminer comment assainir à moyen terme une construction ancienne présentant, désormais, éventuellement des défauts et des points faibles. On intègre alors dans le concept les remises en état, assainissements et transformations absolument nécessaires, de manière à pouvoir atteindre à la fin un objectif clair, et de ne pas se contenter de faire le strict nécessaire, sans avoir sous les yeux un objectif ou une vue d’ensemble.

Malheureusement, aujourd’hui encore, il est rare qu’un concept énergétique soit élaboré pour les bâtiments existants. Au plus, un concept énergétique est envisagé dans le cas de grandes transformations ou de changements d’affectation. Les petites transformations ou le remplacement d’installations s’effectuent généralement sur la base d’un besoin momentané, sans que cela repose sur un concept à long terme ou une définition stratégique des objectifs. Les points faibles existants d’un bâtiment ne peuvent ainsi souvent pas être résolus, ce qui ne permet pas non plus d’optimiser les coûts.

6.2.2 Procédure

Constructions nouvelles

Dans le cas d’une construction nouvelle, le concept énergétique se situe au début de la planification, dans l’idéal au début des projets architecturaux du bâtiment. La seule étape en amont est celle de la planification stratégique. Celle-ci répond aux questions comment, quoi, quand et où doit être réalisée la construction, comment l’espace pourrait être occupé différemment, s’il s’agit d’un bâtiment en propriété ou en location, pour combien de temps le bâtiment doit ou peut être utilisé comme prévu etc.

Le concept énergétique traite aussi bien du bâtiment lui-même que de l’approvisionnement en énergie et de l’ensemble des installations techniques du bâtiment. C’est pourquoi il est doit être élaboré au sein d’une équipe interdisciplinaire sous la direction d’un spécialiste de l’énergie ou des installations techniques du bâtiment. Cette personne doit être un généraliste dans le domaine de la technique de l’énergie et du bâtiment, c’est-à-dire connaître tous les domaines de spécialité importants pour le concept énergétique ainsi que leurs bases théoriques. En outre, cette personne doit être suffisamment au fait de la pratique pour ne laisser passer aucune solution irréalisable ou qui échouerait pour de petits détails pratiques. L’équipe comprend également l’architecte, l’ingénieur en génie civil (spécialiste de la statique), généralement le physicien de la construction ou certains planificateurs de la technique du bâtiment et dans l’idéal un représentant du maître d’ouvrage.

Pour élaborer un concept énergétique au sein d’une équipe de planification interdisciplinaire, le responsable du concept énergétique doit en outre avoir l’expérience du travail en équipe et aussi, faire preuve de compétences et de capacités de direction suffisantes pour être reconnu et pouvoir imposer ses idées et revendications.

Les domaines de spécialité suivants sont importants pour l’élaboration d’un concept énergétique:

  • Physique du bâtiment
  • Technique de la construction (statique)
  • Architecture
  • Technique des façades et des fenêtres
  • Technique d’approvisionnement en énergie
  • Technique de chauffage
  • Technique de ventilation et de climatisation
  • Technique frigorifique
  • Technique sanitaire
  • Electrotechnique
  • Eclairage, utilisation de la lumière naturelle
  • Energie renouvelable
  • Critères de confort, ergonomie
  • Calcul des coûts et de la rentabilité
  • Ecologie
  • Durabilité

L’élaboration d’un concept énergétique nécessite la connaissance approfondie de toutes ces spécialisations. Les connaissances manquantes doivent être recherchées en dehors de l’équipe interdisciplinaire, auprès de spécialistes du domaine de spécialité correspondant.

L’interface la plus importante, mais aussi la plus difficile, est celle qui se situe entre l’architecture et la technique énergétique. Un architecte doit impérativement planifier sa construction en tenant compte des aspects énergétiques et relatifs à la technique du bâtiment, s’il veut réaliser les objectifs ambitieux du concept énergétique au prix d’un effort minimal. Si les aspects énergétiques ne sont pas pris en compte dès l’élaboration du projet de bâtiment, même un concept énergétique intelligent ne permettra pas, ou seulement difficilement, de réaliser des objectifs exigeants. Le concept architectural doit répondre à des exigences multiples et variées: fonctionnalité et utilité du bâtiment, esthétique, coûts, statique, conditions légales etc., mais aussi technique énergétique. Le concept énergétique doit également satisfaire à toutes ces exigences.

Pendant l’élaboration du concept, le spécialiste en énergie doit aider l’architecte à planifier le projet de bâtiment et la structure des façades de manière à n’occasionner aucune consommation d’énergie accrue, aucun renchérissement de la technique de bâtiment ni aucune restriction de confort. Toutefois, il doit également respecter les autres exigences en matière d’architecture et assister l’architecte dans la mise en œuvre pertinente de ses représentations et souhaits de design.

Bâtiments existants

Dans le cas des bâtiments existants, la procédure doit être adaptée car dans ce cas, on doit composer avec davantage de conditions prédéterminées. Le concept énergétique doit, à partir de l’état réel du bâtiment et du besoin en énergie, montrer les étapes suivantes et surtout l’objectif final. En fonction de l’objectif final, toutes les rénovations nécessaires et les éventuels investissements de remplacement pour les installations techniques peuvent alors être entrepris de manière ciblée.

Les éventuelles étapes de rénovation et d’assainissement s’influencent souvent mutuellement. En effet, une transformation de l’installation de climatisation influence le besoin en puissance thermique. Une rénovation de l’éclairage influence le besoin en électricité, le besoin en froid en été et le besoin en chaleur en hiver. De plus, un remplacement de l’éclairage pourrait permettre d’assainir ou même de supprimer totalement le faux-plafond, afin d’accroître la capacité d’accumulation des pièces et de réduire la charge de refroidissement. Le remplacement des fenêtres influe sur le besoin en chauffage (meilleure valeur U), sur le besoin de ventilation (besoin d’ouvertures, étanches en hiver), sur le besoin de refroidissement (nouvelle protection solaire extérieure) etc.

Des procédures inadéquates génèrent des con­traintes qui limitent les possibilités en cas de transformations ultérieures, ou occasionnent des investissements inutiles (p. ex. on remplace la chaudière, 2 ans plus tard on rénove les fenêtres). Un concept énergétique orienté vers un objectif à moyen et long terme n’empêche pas les solutions et compositions optimales. Il peut en outre contribuer à optimiser les investissements, et constitue la seule possibilité pour la réalisation d’objectifs ambitieux.

Exemple:

Un immeuble de bureaux des années 1970 dispose d’une façade mal isolée, de fenêtres à doubles vitrages qu’il n’est pas nécessaire d’ouvrir (valeur U 3,0 W/m2K avec stores à lamelles), d’une installation de climatisation avec renouvel­lement de l’air toutes les huit heures (8 h-1) et de deux chaudières à mazout. L’aménagement intérieur, avec moquette et plafond suspendu ainsi que des parois de ­séparation des bureaux légères, est également obsolète.

L’objectif pourrait être de disposer à la fin d’un bâtiment avec des bureaux groupés ayant une bonne capacité d’accumulation, des ­fe­nêtres à ouvrir avec une protection solaire ex­-
térieure, un éclairage efficient, et plus aucune climatisation, uniquement une ventilation avec renouvellement hygiénique nécessaire de l’air (en été avec l’air froid de la nuit et en hiver avec récupération de chaleur). La production de ­chaleur ne nécessiterait ainsi plus qu’une fraction de la puissance actuellement requise, de sorte qu’une petite chaudière suffirait.

Il apparaît donc évident que l’assainissement urgent du chauffage est tout d’abord réalisé de manière à ce qu’une seule chaudière soit ­remplacée par une plus petite, l’autre chaudière étant conservée pour couvrir les besoins de pointe.

Au niveau de l’installation de froid et de clima­tisation, on ne fait que le strict nécessaire jusqu’à la rénovation des fenêtres et l’assainis­se­ment des plafonds et de l’éclairage. Tout d’abord, il con­vient d’installer la nouvelle ven­tilation (en utilisant les gaines existantes), ce qui permet d’arrêter l’ancienne chaudière. Imaginez ce que serait le résultat si l’on avait procédé différemment.Un tel concept énergétique ne doit pas être con­fondu ou assimilé à l’optimisation de l’exploita­tion des installations existantes. Les efforts (et réussites) de l’optimisation de l’exploitation doivent être pris en compte dans le concept énergétique.

Un tel concept comprend toutefois, à l’inverse du travail « quotidien » d’optimisation de l’exploitation, également les grands projets de remise en état, de transformation et de rénovation ainsi que la coordination et la ­planification à long terme de ces projets.

La difficulté, pour la réalisation d’un tel con­cept énergétique est, outre la méconnaissance de ses avantages, surtout le fait que l’utilisation d’un bâtiment n’est souvent pas connue à relativement long terme. De plus, les responsables sont souvent des praticiens plongés dans leur travail quotidien et débordés par des problèmes urgents, qui ne sont donc pas en mesure d’élaborer des concepts à relativement long terme. La panne d’une installation au mauvais moment, nécessitant son remplacement immédiat, peut en outre remettre en question le concept ou compliquer la procédure prévue.

6.2.3 Outils

Conditions organisationnelles

Le maître d’ouvrage doit quant à lui avoir la volonté de posséder ou de réaliser un bâtiment exemplaire sur le plan énergétique. Cet objectif doit également être communiqué aux partenaires techniques externes. Soit, du côté du maître d’ouvrage, le chef de projet est nommé responsable du concept énergétique (mandat, autorisation, contrôle de mise en œuvre), soit on désigne un responsable de l’énergie. Celui-ci doit disposer de bonnes connaissances techniques mais également des compétences sociales nécessaires.

Planification intégrale:

Si l’on en croit l’énumération ci-dessus des domaines qui influencent un concept énergétique, il est clair que son élaboration doit s’effectuer au sein d’une équipe. L’organisation de l’équipe de planification joue un rôle essentiel dans la détermination des objectifs qui peuvent être atteints. Le maître d’ouvrage peut diriger les opérations en octroyant de manière adéquate le mandat de planification. La planification intégrale est importante non seulement pour la procédure, mais est aussi l’outil principal qui permet de mener à bien un projet de construction optimisé sur le plan énergétique. Souvent, des prestations supplémentaires sont nécessaires en plus des prestations traditionnelles payées par honoraires, et doivent être facturées séparément.

Dans certains cas particuliers, l’organisation au sein de l’équipe de planification peut être différente. Là encore, une structure claire et simple ainsi que des attributions de compétences ou de tâches claires sont importantes. Toutefois, il est presque encore plus important qu’il règne au sein de l’équipe une véritable «alchimie».

Cahier des charges

Le cahier des charges technique se base sur un document qui regroupe les besoins fonctionnels du maître d’ouvrage, dans lequel celui-ci prédétermine ses exigences et objectifs. Le cahier des charges fonctionnel contient tous les objectifs pertinents du projet, les conditions et les exigences. Les prescriptions et objectifs formulés par le maître d’ouvrage doivent inclure l’utilisation, le financement, l’exploitation, les représentations architecturales, la technique énergétique et du bâtiment, l’écologie etc. Il est particulièrement important de prédéfinir clairement les exigences d’une exploitation bon marché et efficiente du bâtiment. Il est également essentiel de prédéfinir le degré de flexibilité de l’utilisation du bâtiment, afin de pouvoir réagir à des modifications d’utilisation ultérieures et à de nouvelles exigences.

Le cahier des charges technique est un instrument de travail qui traite de chaque cercle thématique important d’un bâtiment. Dans le cahier des charges technique sont définies les prescriptions, les valeurs cibles et les possibilités de solution. Il sert à communiquer clairement entre une instance supérieure dans le projet et l’échelon immédiatement inférieur ou ultérieur dans le temps, par exemple entre le planificateur du concept et les responsables de la planifi­cation.

Les informations précises, complètes et structurées figurant dans le cahier des charges servent de base d’information et de contrôle des résultats pour la planification et de l’exécution. C’est pourquoi le cahier des charges est un élément important de l’assurance qualité dans un projet.

Un cahier des charges technique ne remplit son rôle que s’il est adapté en continu au projet. Simultanément, il convient de contrôler en continu les objectifs prioritaires et les prescriptions fixes afin de pouvoir détecter les écarts le plus tôt possible.

Etant donné que le cahier des charges décrit la construction pour tous les artisans, il doit être rédigé en équipe et le cas échéant en ayant recours à des spécialistes des différents domaines techniques.

Après son élaboration, en cas de modifications importantes au cours du projet, le cahier des charges doit être présenté au maître d’ouvrage pour approbation.

Connaissances techniques

La connaissance de tous les domaines techniques de la construction est importante pour un concept énergétique. Il est essentiel de s’assurer que tous les domaines sont couverts dans l’équipe de planification énergétique. Pour les petits projets de construction peu complexes, une seule personne peut parfois rassembler toutes ces connaissances techniques.

Utilisation, remise en état et exploitation du bâtiment

Les connaissances de l’utilisation ou des types d’utilisation sont également importantes pour un concept énergétique. Toutes les informations connues sur l’utilisation future doivent être prises en compte dans le concept énergétique. Des modifications d’affectation doivent également être possibles, car les cycles d’utilisation sont souvent bien plus courts que le cycle de vie d’un bâtiment.

Le concept énergétique doit faciliter et simplifier la remise en état des installations techniques et l’exploitation du bâtiment. C’est pourquoi des connaissances à ce sujet sont importantes, tout comme la collaboration avec des spécialistes de l’exploitation du bâtiment et d’autres issus du domaine du Facility Management.

Simulations

Une simulation est le calcul d’une situation formulée selon des lois physiques. En technique du bâtiment, la simulation désigne le calcul dynamique d’une pièce, d’un bâtiment ou d’une installation. Elle comprend, à la différence d’un calcul statique qui reflète une valeur momentanée, un calcul progressif sur une période plus longue. Typiquement, ces calculs sont réalisés par tranches horaires. Des effets dynamiques tels que l’accumulation de chaleur dans les murs et plafonds et l’utilisation variable dans le temps sont pris en compte.

Les simulations sont des tâches particulièrement exigeantes, car elles requièrent la maîtrise non seulement des bases techniques et physiques, mais aussi des programmes informatiques associés. En Suisse, on ne compte que quelques spécialistes dans des bureaux de planification ainsi que dans quelques hautes écoles spécialisées.

Chaque simulation se base sur les données d’entrée connues, et la qualité du résultat est à la ­mesure de celle de ces entrées. D’où l’adage bien connu: «garbage in = garbage out» («mauvaises informations = mauvaises conclusions») [NdT].

Les résultats des simulations sont souvent impressionnants. Les représentations graphiques de tracés de température et de données de puissance donnent l’impression que l’on dispose de compétences techniques pointues. De la même manière qu’aujourd’hui, les architectes vendent leurs produits en s’aidant de visualisations tridimensionnelles, un planificateur en technique du bâtiment peut présenter ses concepts avec des résultats de simulations. Ceux-ci ne sont pas toujours garants d’un travail exceptionnel, c’est pourquoi mieux vaut ne pas se laisser éblouir par de telles représentations.

Les simulations facilitent la prise de décision et peuvent, utilisées comme des études de sensibilité, donner des informations sur les conséquences de différentes variantes, mais aussi permettre de les comparer ou de procéder à une optimisation ou à une évaluation de ces variantes.

Avec les connaissances et compétences adéquates, il est également possible de calculer au préalable le budget énergétique et les températures ambiantes attendues et de tester ainsi la faisabilité d’un concept. Pour vérifier l’exactitude de tels résultats, chaque simulation doit être validée, c’est-à-dire être comparée soit avec des valeurs de mesure, soit avec des calculs statiques.

De nombreux cantons exigent aujourd’hui un justificatif des besoins pour les installations de climatisation ou pour le refroidissement mécanique de locaux, à partir d’une certaine puissance. Pour l’éditer, on utilise des simulations permettant de justifier mathématiquement que l’absence d’une installation de climatisation entraînerait des températures ambiantes trop élevées (base de l’autorisation).

Outre des programmes de simulation pour le budget énergétique, les installations CVCS (chauffage, ventilation, climatisation et sanitaire) et les températures ambiantes, il existe également des programmes de simulation pour l’éclairage artificiel et naturel et pour de nombreux autres domaines.

Normes, directives, recommandations

Les normes, directives et recommandations peu­vent être d’autres outils pour l’élaboration de concepts énergétiques. Ils reflètent l’état de la technique sur la base de lois et de prescriptions de sécurité ainsi que d’expertises spécialisées. Elles favorisent une communication claire avec toutes les parties prenantes.

En Suisse, c’est l’Association suisse de normalisation (SNV) qui est responsable de l’édition des normes. La SNV représente la Suisse vis-à-vis de la normalisation mondiale (ISO) et de la normalisation européenne (CEN). Elle a mandaté la Société suisse des ingénieurs et des architectes (SIA) pour éditer les normes dans le bâtiment. Les normes sont élaborées dans des commissions spécialisées, dans lesquelles tous les groupes d’intéressés doivent être représentés de manière équilibrée. Après l’élaboration d’un projet, les normes sont soumises à un processus de consultation dans lequel chaque spécialiste ou chaque organisation intéressée peut s’exprimer. Les directives et recommandations sont élaborées par des associations spécialisées reconnues telles que la Société Suisse des Ingénieurs en Chauffage et Climatisation (SWKI), par l’Association des installateurs CVC (Suissetec) et par d’autres associations, et ne sont sujettes au respect d’aucune autre loi. Les normes et parfois également les directives ont un caractère légalement obligatoire dans la mesure où en cas d’incident, la faute est attribuée au planificateur s’il ne les a pas respectées. Elles peuvent être considérées comme étant l’état de la technique.

Inversement, le fait de vouloir respecter à la lettre les directives et normes en vigueur peut être un frein au progrès vers de nouvelles solutions innovantes. Il faut donc trouver le juste équilibre entre le bénéfice possible et le risque.

Bien entendu, un concept énergétique ne doit pas s’écarter des prescriptions légales. C’est pourquoi il est également essentiel de bien connaître les prescriptions importantes.

6.2.4 Représentation du concept énergétique

Un concept énergétique peut être présenté sous la forme d’un rapport auquel peuvent être joints des schémas et plans simples. Le rapport doit être concis et contenir des informations claires dans un jargon compréhensible par les profanes. Les analyses réalisées doivent déboucher sur une recommandation claire.

Un cahier des charges technique est également élaboré sous la forme d’un rapport écrit et peut prendre une forme similaire.

La structure typique d’un rapport de concept énergétique pourrait être la suivante:

  1. Résumé
  2. Bases, situation de départ
  3. Prescriptions du cahier des charges du maître d’ouvrage
  4. Solutions alternatives étudiées
  5. Conclusions et recommandation
  6. Annexe avec résultats des calculs, détails des variantes, données etc.
  7. Documents joints: éventuellement plans, schémas

Pour illustrer les affirmations et propositions de solutions, il est utile de recourir à des représentations graphiques (voir les exemples de l’illustr. 10 et de l’illustr. 11). On appréciera également la représentation de modules spatiaux en coupe et éventuellement en vue en plan, afin d’expliquer la fonctionnalité et l’équipement de pièces typiques ou représentatives.

Illustration 10: Exemple de coupe schématique du Dock E (Midfield), ­aéroport de Zurich
Basé sur : ­Energiekonzept Dockland Midfield ­Zürich ­Flughafen, ARGE Zayetta, 1998

Illustration 11: Module spatial d’une salle de classe
extrait de: Office des bâtiments de la ville de Zurich, 2008, module spatial d’une salle de classe, standard

6.2.5 Coûts

Un concept énergétique engendre des coûts sous forme d’honoraires et de travail propre du maître d’ouvrage. Le bénéfice retiré est toujours supérieur aux coûts engendrés. Par expérience, on peut tabler pour les petites constructions sur des honoraires à hauteur d’environ 1 % des coûts d’investissement dans la technique du bâtiment (ou environ 1/4 % de l’investissement global). Dans les très grands bâtiments, des résultats peuvent être obtenus même avec la moitié de ce pourcentage. On obtient donc des montants de 5000.- CHF à environ 250’000.– CHF. Pour les constructions réalisées pour une somme inférieure à 2 millions de CHF, des concepts énergétiques spéciaux ne sont intéressants que dans des cas exceptionnels, de bonnes solutions standard sont alors préférables.


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2018-05-16T10:34:30+00:00
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