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Triple certification pour bâtiment d'enseignement

Hugo Leroux

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STOCKAGE D'ÉNERGIE

Un système inédit pour le bâtiment
Les volants d'inertie, consistant à stocker l'énergie électrique sous forme d'énergie cinétique en mettant un volant béton en rotation, constituent déjà des dispositifs de stockage courants dans les transports ou l'industrie. Mais l'IUT de Roubaix devrait cette année en tester une adaptation au monde du bâtiment : la start-up française Énergiestro en a en effet développé une version low-tech, adaptée aux contraintes de solidité, de coût et de durabilité du secteur. Dépourvu de métaux rares ou de dispositif électronique complexe, concurrent potentiel aux batteries électrochimiques, ce prototype d'une capacité de stockage de 10 kWh doit être livré d'ici à la fin de l'année par Énergiestro.

MAQUETTE NUMÉRIQUE

Du chantier à l'exploitation/maintenance
Pour le suivi de chantier, Engie Axima a fait appel aux solutions de la société Resolving, qui propose un rendu 3D de la maquette Revit sur tablette. « En visite de chantier, chaque élément est ainsi précisément localisé. On peut y associer des réserves, effectuer des coupes en 3D en temps réel, remonter aux plans 2D ou aux fiches techniques… Pour le lot CVC, cela nous aide vraiment à mieux gérer l'interface avec le lot électricité », explique Denis Beaudoin, chargé d'affaires exécution chez Engie Axima. Cette vie de la maquette numérique devrait se poursuivre lors de la phase d'exploitation/maintenance. Cette fois, c'est la start-up Séréograph qui s'occupera de liaisonner la maquette 3D au logiciel de maintenance Sam FM d'Axima.

DEUX PRODUITS SPÉCIFIQUES

Système de refroidissement adiabatique Fisair
Le système de rafraîchissement adiabatique fourni par la société espagnole Fisair a été implémenté et livré directement sur les CTA modulaires par le fournisseur Denco Happel.

 

Batteries Lithum-ion Nissan/Eaton
Le système de stockage électrique xStorage de Nissan/Eaton, d'une capacité totale de 90 kWh, fournit une puissance maximum AC en décharge de 111,6 kW et 57,3 kW en charge. Il comprend un onduleur bidirectionnel 40/20 kW de chez ABB, des packs de batteries Pack Li-Ion GEN3 New Eaton/Nissan, 1 rack 42U et un contrôleur xStorage Building Systems.

Triple certification pour bâtiment d'enseignement

© Photos Hugo Leroux

Le nouvel IUT C de Roubaix bénéficie d'une triple certification PassivHaus, Bepos et HQE Excellent. Une attention particulière a été portée sur les systèmes énergétiques, pour des consommations minimales et une maintenance facilitée.

Avec 7 200 m² de SDP, ce nouveau projet doit accueillir quelque 1 850 étudiants. L'université de Lille Droit et Santé souhaitait proposer un véritable démonstrateur de la « troisième révolution industrielle » (Rev3) chère à la région Hauts-de-France, en concevant un équipement performant et innovant d'un point de vue énergétique et environnemental. Pour garantir des coûts de fonctionnement et d'exploitation faibles, le projet est mené en marché de conception, réalisation, exploitation/maintenance (CREM), sous l'égide de Demathieu et Bard, avec un contrat d'exploitation et de maintenance de six ans endossé par Engie Axima.

Les 500 m² de panneaux photovoltaïques (98 kWc) se partageront la surface de toiture avec un espace végétalisé et la verrière de l'atrium.

Initialement, « seules » les labellisations Bepos et HQE étaient recherchées, en plus d'un coefficient biotope supérieur à 0.3. « Mais l'emprise du bâtiment couvrait presque toute la parcelle, de sorte que la surface de toiture végétalisée exigée pour satisfaire ce coefficient empiétait sur la surface de photovoltaïque nécessaire pour atteindre le niveau Bepos, expose Christophe Ghillebaert, chargé d'affaires au BET Energelio. Nous avons donc travaillé sur la réduction des besoins énergétiques, de manière à diminuer cette surface de photovoltaïque, et avons fini par décider en accord avec l'architecte -Aurélia Neveux de l'agence Anaa -, de faire certifier le bâtiment en PassivHaus ».

Le label allemand met en effet l'accent sur la performance et l'étanchéité de l'enveloppe, réduisant d'autant les besoins de chauffage (inférieurs à 15 kWh/m² SU). Au final, le bâtiment affiche une consommation de 31 kWh/m² SDP sur les cinq usages (contre 74,8 demandés par la réglementation RT2012) et devrait produire jusqu'à 34 kWh/m² d'électricité photovoltaïque pour un coût de chauffage affiché de 1 €/m² SU/an.

À l'inverse des bandes de vitrages adjacentes, les ouvrants de la verrière ne peuvent être équipés de stores extérieurs pour limiter les apports solaires en été ; aussi leur vitrage bénéficie-t-il d'un traitement solaire adapté.

Dans sa conception, le bâtiment bénéfice ainsi d'une très bonne compacité. Un atrium central doté d'un triple vitrage (U = 1,08 W/(m².K)) favorise la lumière naturelle tout en appartenant au volume chauffé. Dans les classes, un travail particulier a été mené sur la hauteur des ouvrants et la nature des revêtements pour favoriser la pénétration de la lumière naturelle en profondeur. Les murs extérieurs affichent une performance thermique de niveau passif (U = 0,135 W/(m².K)) avec une grande proportion de menuiseries aluminium triple vitrage (U = 0,92 W/(m².K)).

Un traitement soigné des circulations d'air

Une ventilation double flux dessert toutes les zones via cinq CTA indépendantes (sanitaires, circulations, salles, bureaux, amphis). Le rendement des échangeurs de chaleur oscille entre 85 % et 92 % pour maximiser la récupération de chaleur de l'air entrant sur l'air sortant. « L'enjeu pour atteindre la labellisation était aussi de diminuer au maximum les pertes de charge dans les conduites, de 200 Pa à 120 Pa, et donc la consommation électrique des moteurs », explique Denis Beaudoin, en charge du chantier chez Engie Axima. Pour diminuer le linéaire et la complexité des réseaux, seules les gaines de soufflage arrivent dans les salles. L'extraction se fait, elle, en vrac au niveau de l'atrium central. Des grilles ont été disposées entre les classes et les circulations pour laisser passer le flux d'air aspiré. Une ventilation naturelle nocturne est également mise en place pour rafraîchir l'ensemble du bâtiment en inoccupation. Elle s'opère grâce à des ouvrants motorisés, placés au niveau des impostes des menuiseries en façade extérieure. Elle est complétée par des ouvrants de transfert intérieur entre chaque salle de classe et l'atrium central. Les ouvrants placés sur la verrière de l'atrium créent l'aspiration par effet de cheminée.

Pour maximiser l'apport de lumière naturelle et permettre la ventilation nocturne par les impostes motorisées, les faux plafonds sont tronqués en bordure de mur. Les revêtements de sols ont été choisis avec un aspect métallique pour permettre une bonne réflexion lumineuse tout en limitant l'effet salissant.

Réguler finement les systèmes

L'ensemble du bâtiment est truffé de capteurs reliés à la GTB pour une gestion énergétique optimale. Dans chaque salle, un régulateur multimé-tier commande à la fois les débits de ventilation, les puissances de chauffage et d'éclairage (via des luminaires Leds de 300 x 1 200 graduables de 0 à 100 %), ainsi que l'ouverture ou la fermeture des stores. Pour orchestrer tout cela, le régulateur s'appuie sur différents types de capteurs : des sondes CO2 et de présence, des capteurs de température, une station météo en toiture pour relever l'ensoleillement extérieur, des sondes de lumière naturelle… « Des sondes de contact sont également placées au niveau des menuiseries pour que la GTB sache à tout moment si elles sont ouvertes ou fermées, ce qui peut générer des écarts rapport au contrat de performance énergétique », précise Denis Beaudoin.

Chaque régulateur local remonte à un automate d'étage, lui-même relié à la GTB par protocole filaire BACnet/ IP. Les informations de la GTB seront remontées, par l'intermédiaire du cloud, aux prestataires d'exploitation et maintenance. L'IUT est raccordé au réseau de chauffage urbain distribué par Dalkia, via trois départs : le premier alimente les batteries des CTA, les deux autres alimentent respectivement les émetteurs de chauffage des façades ouest et est. Ces zones n'affichent pas les mêmes besoins au cours de la journée, du fait des apports solaires changeants. La distribution s'effectue en basse température (60/40), pour diminuer les pertes, et court dans le faux-plafond des classes jusqu'aux émetteurs, des radiateurs à eau chaude.

Afin de maximiser l'étanchéité à l'air de la toiture, les CTA ont été installées en sous-sol.Cette imposante CTA (17 mètres de long sur 3 mètres de haut) a dû être montée avant la dalle de rez-de-chaussée. Elle traite jusqu'à 19 000 m3 /h d'air pour la ventilation double-flux des locaux d'enseignement.

Tirer parti de l'eau et du soleil

Le bâtiment dispose également d'une cuve de 20 m2 pour récupération des eaux de pluie des toitures non végétalisées. En plus des sanitaires, cette eau alimente le refroidissement adiabatique des CTA. Ce système mise sur la pulvérisation d'eau dans le flux d'air rejeté pour rafraîchir l'air entrant grâce à un échangeur. « Le refroidissement adiabatique suffit à abaisser la température de l'air entrant de quelques degrés pour l'ensemble des locaux du bâtiment. C'est une mesure complémentaire aux protections solaires et à la ventilation nocturne pour garantir les critères de confort programmatique d 'une température de 28 °C », fait valoir Christophe Ghillebaert d'Energelio.

Une grande partie de la toiture est enfin occupée par les 98 kWc de panneaux photovoltaïques, reposant à l'horizontale sur des supports par-dessus l'étanchéité. Complétée par les batteries - 90 kWh de capacité totale - placées, elles, en sous-sol, cette installation solaire doit permettre, selon les simulations d'Energelio, un taux d'autoconsommation de 57 % (partie de la production consommée sur place) et un taux d'autoproduction de 41 % (pourcentage du temps ou le bâtiment est indépendant du réseau). Atout expérimental du projet, un dispositif de stockage innovant, par volant inertiel de 10 kWh livré par la start-up Énergiestro, doit enfin être installé d'ici la fin de l'année.

Pour garantir le respect des normes coupe-feu propres aux ERP (isolation des salles et des circulations), les impostes ouvrantes motorisées ont été montées « à l'envers », les paumelles vers le haut, de manière à se refermer naturellement en cas de panne électrique. Le dispositif a nécessité un avis de chantier.

vous lisez un article des Cahiers Techniques du Bâtiment N°369

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