Bioclimatisme, récupération d’EP et ENR pour un lycée HQE

1 Programme Des engagements en termes d’écogestion et d’écoconstruction

En 2004, la Région Rhône-Alpes a planifié la construction d’un lycée d’enseignement général HQE (lycée Germaine Tillion) sur le terrain des Grands-champs à la jonction des communes de Sain Bel, de l’Arbresle et de Savigny (69), afin de soulager les infrastructures déjà présentes.
La démarche visait l’insertion du bâti dans le tissu urbain, dans le paysage et une conception HQE fonctionnelle qui prenait en compte les contraintes et les coûts de maintenance liés à son exploitation. Celui-ci a fait l’objet d’un concours par APS, qui reposait sur un cahier des charges dressé par la Région, avec des objectifs théoriques en termes de consommations énergétiques et d’usage des ENR. Des exigences en accord avec le fonctionnement intermittent de ce type d’équipement utilisé entre 15 et 20 % du temps. Le lauréat, Michel Maurice et associés, l’atelier Arche, s’est engagé à remplir ces objectifs, en avançant des chiffres issus des calculs des BET associés, tout comme l’exploitant Cofely, sélectionné après appel d’offres. Situé dans une parcelle de 21 000 m², avec une déclivité de plus de 5 %, ce bâtiment de 10 000 m² (Shon) est orienté sud sur 180°. L’architecte l’a conçu en horizontalité et modularité, afin de dissocier les différentes fonctions. Le tout forme un « L ». Les espaces d’enseignement, de 30 à 60 m², ont été placés en partie supérieure et les locaux techniques en rez-de-chaussée. Au centre du projet, un hall-préau couvert de 1 200 m² s’ouvre sur le jardin et sur un second hall clos de 800 m², tampon thermique qui relie deux bâtiments d’enseignement général et scientifique de 1 200 m² chacun. Une toiture végétalisée recouvre ce hall, les bâtiments recevant des toitures-terrasses en dalles, pour faciliter la gestion des EP. Une bâche souple de 80 m ³ , placée en vide sanitaire, récupère l’EP des toitures-terrasses et alimente la douve et l’arrosage du jardin. En dessous, un jardin de plus de 1 ha accueille sept maisons de fonction, orientées ouest. L’accent a été mis sur les matériaux naturels et locaux : toiture végétalisée, douve, plantes vivaces, sols en farine de bois et en huile de lin, peintures à faible teneur en COV, plafonds en panneaux de fibre avec Écolabel et mobilier en panneaux de bois E1. La structure béton assure l’inertie thermique. Elle est protégée en façade sur rue par des « boucliers thermiques » en pierre. Une ventilation à double flux assure le renouvellement d’air des salles de classe et une ventilation à simple flux dans la partie administrative. Une chaudière bois et des panneaux solaires pour l’ECS complètent l’équipement dont le coût s’est élevé à 15 M€ HT.

2 Etat des lieux ENR et détection de présence

Les objectifs visaient un taux d’usage du bois de 80 % en chauffage, l’utilisation de l’énergie solaire, des économies d’énergie par surisolation et automatismes d’exploitation, ainsi que l’emploi de matériaux écologiques.
Élément clé du projet, la chaudière bois de 350 kW est associée à un silo de 70 m ³ . Elle alimente, notamment, en chauffage par le sol, les salles de classe. Prévision attendue : couvrir 80 % des besoins en chauffage, avec une consommation estimée à 210 t/an. Ce type d’équipement, assisté par deux chaudières gaz (une en secours), demande cependant une certaine maîtrise de la part de l’exploitant et un rodage.
Les 53 m² de capteurs solaires devaient, quant à eux, couvrir 60 % des besoins en ECS du lycée, estimés à environ 3 000 L/jour surtout pour les cuisines.
Premier problème en dépit de leur parfaite exposition, ils n’alimentent pas les logements de fonction, du fait de leur positionnement au-dessus des locaux administratifs. Ils alimentent deux ballons de stockage de 1 500 L et sont associés à une pompe de circulation.
Pour réduire les consommations d’énergie, des détecteurs de présence ont été installés, couplés avec des cellules photoélectriques, dans les salles de cours et les bureaux. Le système définit, selon l’occupation des lieux et l’éclairage naturel, le niveau d’éclairement artificiel, son intensité, le rendu des couleurs et la mise en route de la ventilation. Il a été installé dans tous les espaces auxquels les élèves ont accès.
D’autre part, des volets en bois, verticaux et orientables, protègent les façades des bâtiments d’enseignement orientés sud. Ces dispositifs complètent la surisolation intérieure des bâtiments, à base de polystyrène expansé. Les logements sont isolés par l’extérieur, à l’aide de laine de chanvre.
À cela s’ajoute l’inertie thermique qui découle de la conception en béton du bâtiment principal, de la toiture végétalisée, du bardage en terre cuite (pour les bâtiments d’enseignement) et de l’usage de boucliers en pierre qui permettent de stocker l’air frais nocturne, grâce à un espacement de 2 cm entre le parement et la structure en béton et de protéger cette dernière contre les rayons du soleil.
Tous les ans, l’exploitant Cofely délivre un rapport sur les consommations énergétiques et le fonctionnement du bâtiment sur la base de relevés mensuels et trimestriels.
Deux fois par an, une réunion rassemble le gestionnaire du lycée, les services de la Région Rhône-Alpes (maître d’ouvrage), l’exploitant, le BET conseil Girus et la Serl (maître d’ouvrage mandaté).

3 Bilan Complexité et contre-performances

La première année d’exploitation a vu la production de chauffage dépasser de 36 % les prévisions. Ce mauvais résultat repose principalement sur différents paramètres.
Tout d’abord, la trappe d’accès au silo qui alimente la chaudière, ne s’ouvrait pas assez pour que le camion de l’entreprise contractée puisse y verser son chargement (50 °C contre les 80 °C nécessaires). Il a fallu mobiliser une grue d’appoint au moment de la livraison. Puis, de la condensation s’est formée dans le silo par insuffisance de ventilation. La chaudière bois a donc été moins utilisée que prévu par quelques ruptures d’approvisionnement. Celle-ci n’a alors délivré que 50 % de l’énergie utilisée pour chauffer. De nombreux autres réglages et problèmes de fonctionnement ont été rencontrés. Ainsi, les portes pivotantes de circulation entre les bâtiments d’enseignement et le hall fermé, restaient ouvertes.
Tous ces points ont été rectifiés, améliorant grandement les résultats de la deuxième année d’exploitation. En effet, la chaudière bois a couvert 75 % des besoins en chauffage. Comme l’atteste la fiche VAD, le lycée répond à l’ensemble des cibles fixées et se trouve, après mesures et vérifications, en conformité avec les performances attendues (THPE).
Le gros point noir reste l’emploi de l’énergie solaire. Non seulement les capteurs solaires ne sont pas utilisés en période estivale (l’établissement étant fermé), mais de plus, pompes et aérotherme doivent en permanence refroidir l’eau qui les chauffe. Les capteurs, bien que remplissant leur objectif dans l’année, ne s’avèrent pas pertinents pour ce type d’équipement, dans cette région et surtout dans une disposition qui les rendent inutiles pour les logements de fonction.
En éclairage, l’utilisation de détecteurs de présence ne s’est pas avérée adéquate. Les réglages de lumière ont requis un grand temps d’adaptation de la part des professeurs, ainsi que de nombreux réglages. Les minuteries génèrent des surplus de consommation d’électricité, notamment lors de la fermeture de l’établissement, moment où les salles s’éteignent environ quinze minutes après que les lieux se soient entièrement vidés. Cela explique en partie la surconsommation d’électricité du bâtiment (36 928 3 dépensés en 2009), par rapport à la dotation régionale fixée à 26 489 3. Le chauffage partiellement associé à une détection de présence, demande au minimum une heure pour être opérationnel, trop long en hiver. L’exploitant a, de fait, cherché à conserver une température constante, pour éviter des périodes de chauffage intense et d’autres de non-chauffage. Dans les salles peu fréquentées, des solutions d’appoint ont été mobilisées. Le système de détecteurs s’avère parfois trop rigide pour l’exploitation quotidienne. Enfin, la complexité des solutions employées, pour la lumière, le chauffage, les systèmes électriques et certains éléments du jardin, ont demandé un certain temps d’adaptation de la part de l’exploitant, ou n’ont pas trouvé de réponse. Les vivaces, par exemple, ne rentrent pas dans le domaine de compétence des personnels disponibles, elles ne sont donc pas entretenues.