Cet ensemble de logements, situé en Corse, a été piloté durant trois ans par le BET Adret à l’origine des choix techniques solaires. Un suivi de l’ouvrage par relevés réguliers dans différents locaux a permis d’adapter le système solaire tout à fait innovant au fonctionnement réel de l’ensemble.
1 PROGRAMME Utiliser l’énergie renouvelable du soleil
En janvier 2007, le programme de l’extension de l’Institut d’études scientifiques (IESC) du CNRS visait une démarche de qualité environnementale de niveau « Bepos » correspondant, entre autres, à une autosuffisance énergétique (RT 2020) et une inscription au paysage.
Le programme prévoyait la conception d’un ensemble de locaux d’accueil et d’hébergement, ainsi qu’un logement de gardien s’inscrivant dans les constructions existantes (bureaux et amphithéâtre). L’agence Villa Battesti (20), lauréate du concours, s’est vue adjoindre par la maîtrise d’ouvrage le BET Adret, afin de réduire les dépenses énergétiques à partir d’un système solaire suffisamment efficient pour alimenter chauffage et production d’eau chaude de l’ensemble.
L’ensemble de 714 m2 (Shon), est situé sur un terrain en pente (comprise entre 10 et 20°). Il comprend au nord, le logement du gardien (23 m2 Shon) à terrasse privative, au sud, les locaux techniques et logistiques (125 m2 Shon) et au centre, le bâtiment d’hébergement en R 1 (566,6 m2 Shon). Ce dernier est constitué de 20 chambres à loggias ouvertes à l’est, segmentées en 10 tranches identiques : une chambre à RDC, une à l’étage et deux escaliers extérieurs reliant les deux niveaux, séparés par un plancher solaire d’une surface de 48 m2 (6 x 8 m), les parois nord et sud étant adiabatiques.
Le bâtiment se compose d’une structure en béton, de façades légères en panneaux bois et d’éléments rapportés (loggias, auvents, coursives...), également en bois, la priorité ayant été donnée à l’utilisation de matériaux à faible consommation d’énergie : isolation des murs extérieurs et toitures par ouate de cellulose (ép.12 cm), panneaux de fibres de bois (ép. 5 cm), menuiseries bois 4/16/4 à lame d’argon, etc. Le choix d’Adret étant de ne pas utiliser de climatisation, un soin particulier a été apporté à l’utilisation de l’éclairage naturel, ainsi qu’au système « raisonné » de renouvellement hygiénique de l’air par Ventilation naturelle (VN) et brasseurs d’air, chauffage et production ECS solaire. Les toitures-terrasses sont couvertes d’une membrane d’étanchéité à capteurs photovoltaïques qui réduisent le retour sur investissement et génèrent des revenus auxiliaires par revente totale à EDF.Le coût d’investissement global s’élèveà 2,1 M€ HT (valeur 2007).
2 ÉTAT DES LIEUX Une installation solaire dédiée à l’ECS/Chauffage
En 2008, le BET Adret et l’Ines ont réalisé l’étude par simulation thermique dynamique (logiciel SimSpark) d’un système solaire dédié au chauffage des locaux (via un plancher chauffant), ainsi qu’à la production d’ECS, basé sur la gestion intelligente de trois halles de stockage à différents niveaux de température (T°).
Dès réception, un suivi a été mis en place par instrumentation des chambres : sondes de T°, relevés mensuels, etc. Ainsi, le choix raisonné des différents systèmes s’est avéré cohérent avec les études et conforme à la RT 2005 :• mur extérieur formé de panneau de bois OSB (ép. 16 cm) (R = 0,123 m2.°C/W), ouate de cellulose (ép. 12 cm), panneau fibre de bois (ép. 5 cm), plâtre à parement de carton (ép. 1,3 cm) ;
• mur en béton (ép. 18 cm) isolé de laine de bois (ép. 12 cm), plâtre à parement de carton(ép. 1,3 cm) ;
• toiture et dalle de plancher en béton (ép. 18 cm) (R = 0,090), ouate de cellulose (ép. 18 cm), panneau OSB (ép. 2,2 cm), R = 0,169 m2.°C/W ;
• plancher intérieur sur caniveau en béton(ép. 15 cm) à dalles à plots ou sur terre-plein en béton (ép. 15 cm). Les menuiseries bois oscillobat 4/16/4 à lame d’argon (0,95 x 1,30 m) se combinent à l’efficacité des volets bois (ép. 22 mm) et des doubles vitrages (Uw = 1,70, Ug = 1,20). Ajouter à cela, les entrées d’air naturel à fenêtre battante (0,95 x 0,75 m) et volets coulissants en bois à persiennes (ép. 22 mm) (Uw = 2,10,Ug = 1,40).
Les relevés manuels et l’analyse des consommations d’ECS et chauffage ont validé le choix des équipements et installations techniques, notamment celle solaire qui assure la production d’ECS par puisage journalier moyen de 100 l/jour,ainsi que le chauffage des locaux via plancher chauffant. Une logique de gestion du bouclage sanitaire ayant été implémentée, l’eau puisée du ballon d’appoint par circulateur de bouclage (débit = 500 l/h) est envoyée au ballon solaire, si la température de celui-ci est suffisamment élevée pour chauffer le Ballon d’appoint (BA).Si la température de l’eau à la sortie des capteurs dépasse celle du ballon de stockage, l’alimentation du plancher est réalisée directement par les capteurs solaires, jusqu’à ce que la températuresoit de 22 °C.Si celle-ci est inférieure à la température du ballon de stockage, le plancher est alors alimenté par le BA. L’eau chaude stockée en plus durant le jour sert alors au chauffage nocturne.
Le plancher chauffant est constitué d’une dalle de béton (ép. 14 cm) dans laquelle est enroulé un tuyau (L = 160 m, ? = 16/20 mm), dont le débit d’eau est égal au 1/10e du débit total provenant du système de production d’EC (débit max. = 280 l/h). Ainsi, l’eau circulant échange par convection, la chaleur étant ensuite dissipée dans la dalle par conduction ou « transfert monodimensionnel vertical ». La production d’énergie thermique solaire est réalisée par des capteurs sous vide (surface d’entrée = 56 m2), alimentés par débit d’eau de 50 l.h-1 m-2, installés horizontalement, les tubes étant orientés au sud.
3 BILAN Des résultats au-delà des simulations
En juin 2009, Adret a réalisé une note thermique d’après les calculs réglementaires RT 2005 avec le logiciel U22Win 2005 (Cstb).Ainsi, les résultats obtenus ont déterminé le coefficient Ubât de chaque bâtiment : logement gardien : Ubât = 0,364 kWh-ep/m2 ; chambres : Ubât = 0,501 kWh-ep/m2 (Cep = 87,8 kWh-ep/m2) ; locaux annexes : Ubât = 0,520 kWh-ep/m2. Les consommations gaz s’élèvent à un Total énergie primaire (TEP) de 5,83 kWhEP/m2.
Enfin, le BET a retenu un système de ventilation naturelle traversante par châssis à ventelles motorisées, situé en façade sud-est en partie basse et en façade nord-ouest, au-dessus de l’accès à chaque chambre. Le système est piloté par un module de commande par chambre, automatique ou manuel. En complément, des brasseurs d’air plafonniers à 3 vitesses sont pilotés via un régulateur Sauter.
Le suivi des consommations a fixé le calcul de Consommation conventionnelle d’énergie (Cep) de l’ensemble à 26 kWh-ep/m2 Shon (Cep référence de 66,8 kWh-ep/m2) et celle hors éclairage et auxiliaires (chauffage, refroidissement, ECS, moins photovoltaïque) à Cep = - 4,8 kWh-ep/m2 Shon. Ainsi, les pertes totales de distribution, stockage et émission étant de - 467,9 kWh sont de 34 % inférieures aux données spécifiques des labels BBC 2005 ! Les caractéristiques d’isolation et d’étanchéité à l’air de l’enveloppe ajoutées au coefficient de perméabilité à l’air = 1,7 m3/h.m2 déterminent le coefficient Ubât = 0,36 kWh-ep/m2 (Ubât de référence = 0,69 kWh-ep/m2).
D’après l’avis des utilisateurs, le confort d’usage concerne quatre points : T°/hygrométrie, acoustique, visuel et qualité de l’air. Néanmoins, plusieurs mesures ont été mises en place, afin de maintenir le fonctionnement des équipements : revoir l’équilibrage des réseaux de chauffage et contrôler l’ensemble des installations de ventilation, notamment, les brasseurs d’air. De même, des consignes occupants ont été données en cas de canicule : ouvrir si nécessaire, refermer les chambres vides le jour, laisser ouvertesles ouvertures hautes le soir en périodesd’été normales, etc.
L’analyse des consommations - chauffage (= 100 kWhEF/m² U) et électricité (= 21 kWhEF/m²U) - conçue d’après la RT 2005, a nécessité une phase initiale de réglages, notamment concernant les températures émises dans les chambres à plancher chauffant.
De même, des ajustements ont été effectués pour le confort d’été : amélioration de ventilation des chambres par réglage des brasseurs d’air et des protections solaires.
