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Démarche HQE pour un collège bioclimatique en bois massif

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Démarche HQE pour un collège bioclimatique en bois massif

La façade sud-ouest laisse apparaître une structure poteaux/poutres en bois massif qui, laissée libre,protège la façade menuisée en retrait et supporte la généreuse couverture.

Naturel, local, renouvelable et recyclable, le bois est utilisé sous toutes ses formes dans la conception de ce collège vosgien.

Implanté sur un terrain légèrement pentu en surplomb d’une zone pavillonnaire de la ville de Mirecourt (Vosges), le collège Guy-Dolmaire a été conçu et réalisé par l’équipe d’Architecture-Studio, associée à l’architecte local Olivier Paré. Pouvant accueillir 800 élèves, cet établissement développe une surface hors œuvre nette de 10 500 m2 pour une emprise au sol de 140 x 45 m. Il s’élève sur trois niveaux de 3,66 m de hauteur, avec une hauteur au faîtage de 15,70 m et une autre à l’égout de 8,60 m, et un rez-de-chaussée de 4 m de plancher à plancher. Suivant la formule de l’architecte Laurent-Marc ­Fischer, le projet s’apparente à un « village pédagogique », abritant sous un même toit monumental cinq corps de bâtiments dédiés aux activités scolaires. Cinq boîtes regroupées autour d’un imposant hall d’accueil.

Cinq plots fédérateurs en béton

Dans ce programme – coût global d’investissement de 10,4 ME HT – les espaces pédagogiques côtoient des espaces administratifs et techniques, une demi-pension de 300 places, un centre de documentation et d’information (CDI), quatre logements de fonction, un site d’observation astronomique, un amphithéâtre extérieur et un terrain de sport. Délibérément sous-employé, le béton y est utilisé pour quatre zones précises : les fondations, la dalle du rez-de-jardin, le mur de façade biaise nord-est et cinq plots intérieurs qui, en plan, ont la forme d’aile d’avion. Ces derniers constituent la structure primaire du bâtiment. D’un diamètre intérieur de 5 m, pour une longueur de 15 m et une épaisseur de murs de 25 cm, ils assurent l’intégration conjointe des circulations verticales, des sanitaires et des locaux techniques (armoires électriques, etc.). Ces plots ont été coffrés sur mesure par la Société Péri, puis traditionnellement coulés en place. Les coffrages sont de type « peri vario » et comportent une ossature à poutrelles en bois munie de filières métalliques et d’une peau coffrante en ctbx (contreplaqué résistant à l’eau) de 21 mm d’épaisseur. Deux noyaux, implantés sur un même axe, sont coffrés puis montés simultanément par deux équipes. La première est chargée de l’élévation périphérique d’un noyau, alors que l’autre travaille sur les voiles intérieurs de la cage d’escalier. Le coulage s’effectue par étapes en faisant « glisser » un coffrage plus ou moins cintré, composé de panneaux ctbx de 2,50 m de large par 3 m de haut, fixés de part et d’autre de l’ossature. Une fois le niveau bas réalisé, l’opération est reproduite à chaque niveau. Le joint creux qui marque ces derniers correspond à la reprise nette du coulage. Des réservations carrées destinées à l’éclairage du noyau sont réalisées à partir de cadres en bois.

Une structure économique

Ces réservations très nettes ­recevront des pavés de verre après décoffrage. En partie supérieure, l’arase en tête de ­voile a été coffrée puis coulée dans des puits aménagés, pour épouser les courbes de la toiture. S’ils ont un rôle de contreventement, ces fûts techniques centralisent les réseaux et servent de repères visuels indispensables dans le dédale des poteaux engendré par la trame structurelle.

Les poteaux en bois qui constituent la structure porteuse de l’édifice se développent suivant une trame carrée de 5 m de côté. Un choix dimensionnel en partie dicté par l’emploi du bois massif qui, sur cette portée, réalise une structure particulièrement économique. Par ailleurs, le lamellé-collé était requis. Les poteaux sont constitués de quatre potelets carrés de 170 mm de côté, ménageant entre eux des interstices de 140 mm qui permettent de moiser les poutres à n’importe quel niveau. Un choix dicté autant par l’esthétique que par la souplesse du montage et l’économie du projet, les sections de bois en 170 mm étant bien plus courantes que des pièces de 300 mm et plus (voir encadré). À l’intérieur du bâtiment, la structure est en épicéa de classe 2 , traité à l’huile de lin, pour éviter tout agent chimique nocif. À l’extérieur, elle est en pin douglas de classe 3, recouvert d’une lasure aqueuse non-toxique destinée à homogénéiser le futur grisé du bois. Ces essences proviennent de la Forêt-Noire, située à moins de 300 km du site. Seules les pièces en bois lamellé-collé, fabriquées par l’entreprise Kauffmann, proviennent d’Autriche.

Les poteaux ont fait l’objet de nombreuses études, de la part des architectes et du bureau d’études Sylva Conseil, afin d’aboutir à l’élaboration et à la réalisation d’un prototype. Pré-dimensionné, l’ensemble des éléments de structure a fait l’objet d’un calcul en 3D définisant la répartition des efforts de stabilité à travers la charpente et au niveau de la casquette, et d’affiner les reports de charges entre les niveaux. Ils ont été préfabriqués et découpés en usine, à l’aide de machines équipées de commandes numériques à huit mouvements. Ces dernières produisent toutes les pièces qui, prêtes à l’emploi, peuvent être assemblées sur le chantier. Acheminées par camion, de leur lieu de fabrication, (la Forêt-Noire pour les pièces en bois massif, et l’Autriche pour le lamellé-collé), elles ont été mises en œuvre et assemblées comme un jeu de construction.

Complétant la démarche écologique de gestion du chantier (chantier propre avec économie d’eau et réduction du temps de pose), la filière sèche a été retenue pour la mise en œuvre des planchers. D’une épaisseur totale de 105 mm, ils se composent de panneaux acoustiques OSB (catégorie 5) de 22 mm fixés à la structure bois, puis de deux couches croisées d’isolant ­Domisol de 20 mm, d’une plaque de plâtre BA18 ­hydrofuge, de panneaux CTBH rainurés bouvetés de 22 mm et d’un revêtement de sol en linoléum de 3,2 mm. Au final, ils répondent à une performance acoustique et une réduction des bruits de choc équivalant à 60 dB. Ces planchers ont été laissés apparents, excepté dans les salles de classes dotées de faux plafonds en plaques de BA 18. Les façades menuisées reçoivent un bardage extérieur ventilé constitué de lames de mélèze re­jointoyées et non-traitées (classe 3).

Double enveloppe en façade sud

Élément majeur de ce projet bioclimatique, la façade principale orientée au sud est traitée en double peau. Elle se compose, en partie basse, d’une première peau extérieure dotée de châssis fixes en verre feuilleté 55/2, surplombée par 2 000 ventelles en verre trempé de 8 mm d’épaisseur, et de 30 cm de haut, par 1,80 m de large. À raison de six par panneau, elles sont insérées dans des cadres « exuline » de 1 600 x 1 830 mm, fixés sur l’ossature extérieure en acier galvanisé. Composée de poteaux Vierendeel à profils carrés de 100 x 80 mm, elle est doublée, côté intérieur, de membrures en profils creux et ronds d’un diamètre de 76 mm, avec des entretoises de 100 x 50 mm.

Les ventelles vérinées sont orientables par zone ou en totalité. Chaque vérin (Souchier) est relié à un coffret électrique situé en partie haute de chaque travée de mur-rideau, renvoyant la commande divisée en onze zones vers la loge du concierge. La ­seconde peau, en retrait, comporte des cloisons de type placostyl de 98 mm d’épaisseur, composées d’une double plaque de plâtre BA 13, montée sur une ossature métallique et complétée par une isolation thermo-acoustique glissée entre les deux parements de chaque cloison. Insérées entre les montants de l’ossature, les baies vitrées, sur allèges opaques ou vitrées, sont constituées de menuiseries en pin traité IFH de 58 mm, recouvertes d’une lasure incolore de finition et munies d’un joint central d’étanchéité, nécessaire aux ouvrants à la française. Le remplissage se compose d’un simple vitrage feuilleté de 11 mm, permettant l’isolation phonique vis-à-vis de la rue intérieure et la protection ­(chutes) des personnes. Orientée plein sud, la façade, ouverte et vitrée, s’adapte et fait varier son usage au fil des saisons. Ainsi, en période hivernale, la façade totalement vitrée, aux ventelles fermées, capte les rayons solaires au maximum. Ensuite, l’espace de la double peau a pour effet de créer une zone thermique tampon qui apporte un chauffage solaire passif non négligeable. Ce dispositif doit permettre une diminution de l’ordre de 50 % de l’énergie consommée. L’été, avec le soleil plus haut, la façade, munie des ventelles ouvertes, et protégée par l’avancée de la toiture, devient alors poreuse au vent (orienté le plus souvent au sud dans cette région) climatisant ainsi naturellement l’espace tampon et les espaces intérieurs. En ce qui concerne le chauffage plus traditionnel, une chaudière bois a été installée. Associée à une chaudière gaz à faible émissivité, elle complète l’installation solaire passive, pour la saison d’hiver.

Une des singularités du projet repose sur l’intégration de la démarche HQE, dès la conception. Encore peu employé pour des équipements scolaires, ce label permet d’allier des performances environnementales et techniques à une architecture contemporaine, dans le cadre d’une politique de développement durable.
Cible Définition de la cible HQE Objectifs et applications particulières sur le site du collège
1 Relation harmonieuse de l’édifice avec son environnement immédiat. – Structure porteuse en bois apparente : intégration du matériau naturel dans son environnement direct (transparences).– Couverture filante en zinc : relation avec le ciel et les nuages.– Hall – verrière orienté au sud : lumière et captage des rayons solaires et luminosité assurée.
2 Choix intégré des produits, systèmes et procédés de construction. – Composants en bois traités de façon non-agressive ou non-traités : (l’huile de lin à l’intérieur et lasure en phase aqueuse à l’extérieur).– Matériaux choisis (béton, bois, verre et acier galvanisé) durables, recyclables et d’entretien aisé.– Éléments métalliques extérieurs galvanisés à chaud.
3 Chantier à faibles nuisances. – Utilisation de la filière sèche et d’éléments préfabriqués procurant une réduction des bruits et de la consommation d’eau (chantier).– Mise en place du tri sélectif : en déchets inertes, combustibles, recyclables et toxiques.– Emploi de coffrages à huile végétale, moins polluants.
4 Gestion de l’énergie. – Double-peau vitrée, bon régulateur thermique.– Chaudière principale au bois chaudière gaz individuelle .
5 Gestion de l’eau. – Présence de robinets à fermeture automatique temporisée et de chasses d’eau à deux débits diminuant la consommation d’eau.
6 Gestion des déchets d’activité. – Tri des déchets et gestion des flux de déchets dans des locaux aménagés spécialement : local poubelles situé en rez-de-jardin et dans le réfectoire équipé de trois bacs de tri sélectif.
7 Gestion de l’entretien et de la maintenance. – Revêtements de sols et des murs : au sol, grès cérame pour les pièces humides et linoléum pour les locaux courants ; au mur, de la peinture en phase aqueuse.– Protection des charpentes par de l’huile de lin.– Nacelle de nettoyage des baies vitrées.– Accès à la toiture-terrasse ( équipements techniques).
8 Confort hygrométrique. – Confort d’été : effets cumulés du zinc de la couverture (parasol) orientation du bâtiment sur l’axe des vents dominants (ventilation)   noyaux bétonnés (inertie thermique).– Confort d’hiver : apports solaires/double-peau vitrée (hall).
9 Confort acoustique. – Distribution de l’édifice en îlots aux fonctions spécifiques regroupés autour du hall principal servant de tampon phonique.– Revêtement de sol en linoléum (moins de bruits d’impact).– Panneaux absorbants (acoustiques) dans les salles de cours.
10 Confort visuel. – Éclairage naturel pour tous les locaux et les circulations.– Grandes baies vitrées : apports de lumière et transparences.– Éclairage artificiel par lampes fluorescentes (économique, malgré ses performances en t° de couleur (4 000 K) et rendu des couleurs (IRC 85).
11 Confort olfactif. – Centralisation et isolation des nuisances olfactives.– Extraction mécanique (simple flux) pour chaque local apport d’air neuf depuis le volume « tampon » du hall.– Diffusion d’une odeur plaisante d’huile de lin.
12 Conditions sanitaires des espaces. – Bonne ventilation des locaux (une VMC dans chaque local).– Revêtements de sols à surfaces lisses : nettoyage facilité.– Enterrement de la ligne à haute tension (traversant le site) afin de supprimer les rayonnements électromagnétiques.
13 Qualité de l’air. – Structure en bois non traité : peu de risques de pollution.– Rejets limités et contrôlés de la chaudière bois.– Renouvellement d’air dans tous les locaux (18 m3/h, par occupant).
14 Qualité de l’eau. – Absence de réseau d’eau non potable : sécurité renforcée.– Chauffage de l’eau chaude sanitaire (t° de 70°C) anti-légionelles.

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