SAINT- PRIEST Un immeuble de bureaux à énergie positive

Situé sur le Parc technologique de Saint-Priest, à proximité d’infrastructures de l’agglomération lyonnaise et du premier programme de maisons passives des Hauts de Feuilly à Saint-Priest, la Cité de l’environnement est issue d’une volonté de synergie interentreprises.

En 2005, la maîtrise d’ouvrage Forhome a voulu s’appliquer à elle-même trois axes environnementaux prescrits à ses clients : besoins de chauffage inférieurs à 15 kWh/m ² /an d’après les critères du label Passivhaus, systèmes énergétiques performants et maîtrise des consommations d’électricité. C’est sur cette base que l’Atelier Thierry Roche et les BET Tribu et Enertech ont conçu une vitrine technique, réduisant les besoins d’éclairage naturel et ajustant le confort d’été.
Inscrit en marge urbaine de recul des bâtiments mitoyens d’une parcelle végétalisée, le projet s’inscrit sur une surface de 4 495 m ² Shon et un niveau de sous-sol parkings (1 618 m²). Celui-ci présente deux blocs de bureaux constitués eux-mêmes de deux volumes parallélépipédiques à R 2 séparés, dont l’un est en porte-à-faux du côté de la façade d’accès (3 274 m²) et distribués par un atrium central (424 m²). Cet espace tampon non-chauffé/isolé éclairé naturellement par des sheds exposés plein sud fait partie de l’espace thermique de distribution verticale, où passerelles et escaliers métalliques permettent le passage à tout niveau. « Afin de mutualiser les espaces et adapter un système de chauffage qui limite les pertes, sans augmenter la production, il a fallu mettre en scène des éléments constructifs habituellement cachés et des techniques énergétiquement viables sans ponts thermiques », explique l’architecte Thierry Roche.
Ainsi, la solution retenue a consisté à récupérer les apports solaires par l’atrium, lequel est traité comme une « grille d’aération » avec portes ouvertes et grilles fermées, alors que les bureaux sont orientés nord-ouest/sud-est. In fine, les dépenses sont entièrement compensées par une centrale photovoltaïque (160 kWc) qui produit 100 kWhep/m²/an, soit 100 % des consommations d’électricité tous usages.

Une enveloppe ultra-isolée thermiquement

Le béton armé (ép. 20/27 cm) en structure apporte l’inertie du bâtiment. Celui-ci alterne un soubassement isolé avec un enduit minéral polyuréthanne graphité type NéoWall à pose collée (R = 5,71 W/m. °C) avec un bardage vertical à claire-voie lames Douglas thermotraitées (45 x 45 mm). Le plancher haut du sous-sol chauffant est constitué de dalles alvéolées précontraintes (0, 60 x 12 m) à contre-flèche de 5 cm (en travée), et d’une table de compression rapportée (ép. 5 cm). Au niveau 2, les 350 m² de toiture-terrasse bac acier (75/100) sur support étanchéité asphalte sont soutenus par une structure métallique.
Afin de limiter les déperditions, les systèmes d’isolation ont été adaptés à chaque type de paroi et au coefficient thermique de transmission d’après l’utilisation. Ainsi :
• isolation extérieure bureau : polystyrène expansé (R = 5 m ² .K/W) (U = 0,19 W/m².K), toiture mousse polyuréthanne (ép. 0,24 cm) (R = 10 m ² .K/W) perlite (ép. 40 mm) ( U = 0,10 W/m².K) ;
• isolation intérieure atrium : laine de verre (ép. 40 mm) (R = 1,1 m ² .K/W) (U = 0,39 W/m².K), toiture acier laine minérale (ép. 180 mm) (R = 5,6 m ² .K/W) (U = 0.17 W/m².K), plancher bas sous-face en projection laine de roche (ép. 140 mm) (R = 3,6 W/m ² .K/) (U = 0,24 W/m².K) ;
• menuiseries extérieures bois/alu (bureaux) : à membranes et joints compribandes incorporant un triple vitrage à lame argon (4/16/4/16/4) (U _w = 0,90 W/m ² .°.K, Ug = 0,60 W/m ² .°.K).
• menuiserie bois double vitrage 4/12/4 dans l’atrium (U _w = 2,60 W/m ² .°.K, Ug = 0,70 W/m ² .°.K) se combinant à la présence du pare-pluie type Stamisol et des stores extérieurs motorisés à brise-soleil aluminium orientables. Ce qui procure à l’ensemble un coefficient Ubat RT 2005 = 0,353 W/m².K.
L’alimentation en eau potable et froide s’effectue par des robinets à limitateurs de débit auto- régulés. L’eau pluviale récupérée dans trois cuves de stockage enterrées (30 m ³ ), alimente l’arrosage automatique et les WC.
En éclairage, les BET ont fait le compromis isolation/éclairage naturel à l’aide de simulations ouvertures fenêtres/vitrage réduisant la surface habitable vitrée à 20 %. Celle-ci a été déterminée par les indices d’ouverture (IO) définis par l’orientation bureaux NE 17,95 %, SE 6,86 %, NO 7,53 %, Atrium 50,0 %. Ainsi, la puissance installée en éclairage s’élève à 6 kW/m ² avec différenciation des zones bureau/travail (200/400 lux).
L’usage généralisé des ordinateurs portables réduit de 400 à 20 kWh/an/poste la consommation électrique. Les équipements auxiliaires collectifs sont mutualisés (traceurs, salles de réunion, photocopieur, serveurs de bureautique en commun au niveau - 1, systèmes informatiques différents (Mac, Windows). Les réseaux ondulés centraux (sous-charge et à mauvais rendement) sont remplacés par des onduleurs dans chaque bureau, ainsi qu’un unique climatiseur serveur.

Une géothermie horizontale et une ventilation double flux

La production chauffage/rafraîchissement utilise un réseau de tubes polyéthylène réticulé placés sur deux nappes de capteurs géothermiques horizontaux (enterrés à - 60 et - 120 cm), pour une surface de 1 700 m ² autour du bâtiment. Ils sont couplés à une Pompe à chaleur (Pac) eau glycolée/eau (P = 87 kW) réversible à régime nominal (coefficient de performance COP hiver = 5,2, COP été = 5,8).
L’inertie du sol « réservoir à chaleur » et le renouvellement des apports, dû à l’infiltration d’eau, servent à transférer la chaleur du milieu froid vers le milieu chaud, à l’encontre du flux de chaleur naturelle.
Ainsi, la Pac alimente 3 500 m ² d’un plancher alvéolaire chauffant/rafraîchissant à basse T° (ép. 140 mm) équipé de réseaux surisolés circulaires et de circulateurs à débit manuel par plateau commandés via une GTB. La salle de formation avec une capacité de 100 personnes et le local serveur sont spécifiquement équipés d’une climatisation à Pac air/air (P = 20 KW) par groupes froids à condensation sur air. In fine, la consommation totale du système de chauffage s’élève à 144 360 kWh/an, soit 13 kWh/m²/an (Cep = 53,  kWep/m² Shon, Cep réf. = 173 kWep/m² (RT 2005).
Le système de ventilation des bureaux s’effectue par double flux thermodynamique qui récupère la chaleur sur l’air extrait à partir d’un échangeur rotatif à haut rendement. Celui-ci bascule en mode été/hiver à l’aide d’un variateur de vitesse à haut niveau de filtration. Ainsi, l’air entrant est préchauffé par batterie à eau et soufflé à 18 °C dans les bureaux, d’après les modulateurs de débit manuel, par plateau via GTB (volet de surpression à chaque niveau et rejet d’air vicié par grille de façade). Seul l’espace cafétéria utilise une ventilation simple flux sur horloge à prise d’air sur atrium.
Intégrés à l’équipe de maîtrise d’œuvre depuis les études, les BET Tribu (conseil HQE) et Enertech (BET Fluides) ont adapté les différentes parois et systèmes HPE par plateau, T° et type d’usage, afin de réduire les dépenses énergétiques. La phase de réglages a permis de maîtriser les flux thermiques, les besoins en consommations (de 88 850 à 189 700 kWh/an) étant compensés à 100 % par les capteurs photovoltaïques.
Ainsi, le traitement de chaque détail a été soumis à des simulations en phase réglages et tests techniques, telles que : le suivi comblements d’ensemble pénétrations fluides, essais d’étanchéité à l’air des menuiseries, porte soufflante des locaux mis en pression ou dépression à l’aide des ventilateurs, commande automatique des brise-soleil en façade sud, etc.
Depuis février 2010, le BET Enertech et l’Ademe effectuent un suivi détaillé par essais et analyse des exigences utilisateurs » influençant le bâtiment au-delà des performances énergétiques. Un PC équipé de capteurs effectue la comparaison avec des seuils déjà validés.