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Low tech comme moyen de réduire l’impact environnemental caché des bâtiments

Le pic de carbone

L’impact environnemental des bâtiments est divisé en deux catégories : l’impact environnemental opérationnel et l’impact environnemental incorporé. L’impact environnemental opérationnel est l’impact généré par un bâtiment pendant toute sa phase d’utilisation. Ceci est principalement dû à l’énergie utilisée pour le conditionnement du climat intérieur du bâtiment. Jusqu’à récemment, la réduction de l’impact opérationnel était la principale préoccupation en phase de conception. Aujourd’hui, les architectes savent comment créer des bâtiments performants sur le plan énergétique qui peuvent prétendre à un faible impact environnemental opérationnel. Notre attention s’est donc portée sur le processus de construction et sur l’impact environnemental lié à la production, au montage et à l’entretien des bâtiments. Cet impact est appelé l’impact environnemental incorporé. Malgré nos efforts pour réduire l’impact environnemental opérationnel, l’impact environnemental intrinsèque a augmenté, en raison d’une plus grande quantité de matériaux utilisés dans les bâtiments économes en énergie d’aujourd’hui.

Dans la pratique actuelle, nous constatons que, dans la plupart des bâtiments, l’impact environnemental incorporé tend à être plus élevé que l’impact opérationnel. Ce n’est pas la seule raison pour laquelle l’impact environnemental incorporé mérite notre attention. L’impact environnemental incorporé est également l’impact environnemental initial, qui se produit avant ou au tout début de la construction, c’est-à-dire avant l’utilisation réelle du bâtiment, et qui représente un « pic de carbone » important dans un court laps de temps (1).

L’atténuation de ce pic initial de carbone est un élément important de la stratégie globale de réduction de l’empreinte environnementale de nos bâtiments, car il se produit avant (« maintenant ») et il est certain. Les choix affectant ce pic doivent être soigneusement étudiés, et si les décisions prises augmentent l’impact environnemental incorporé, elles doivent être compensées par un impact environnemental opérationnel plus faible. Le temps nécessaire pour compenser les impacts initiaux plus élevés, qui peuvent être considérés comme des « investissements environnementaux », variera d’un cas à l’autre, selon la fonction et de l’utilisation d’un bâtiment et de différents scénarios de mix énergétique futur. Il y a encore beaucoup d’incertitudes quant à cette « période de récupération environnementale ». Les observations climatiques actuelles ont clairement montré qu’il faut agir « maintenant » pour réduire les incidences environnementales en général, et les émissions de carbone en particulier, afin de respecter la trajectoire de 1,5°C fixée par le IPCC. Toutefois, générer une surcharge de carbone maintenant dans l’intention, espérons-le, de réduire les émissions à long terme, pourrait ne pas être rentable avant 20 ans, et c’est une situation qu’il faut éviter. L’optimisation de l’impact environnemental, tant opérationnel qu’incorporé, de nos bâtiments doit donc être notre première préoccupation.

IPPC - réduction d'émissions de GES

L'impact environnemental incorporé des installations techniques

Depuis quelques années, l’impact environnemental incorporé des produits de construction courants est un facteur de décision important dans la pratique de  conception architecturale, l’outil d’évaluation du cycle de vie TOTEM étant le principal guide dans le contexte belge. D’où la stratégie visant à réduire la quantité de nouveaux matériaux par une combinaison intelligente de programmation des bâtiments et de réutilisation des bâtiments, des structures et des matériaux de construction existants.

Jusqu’à présent, l’impact environnemental incorporé des installations techniques dans les bâtiments a été négligé. Cela est principalement dû à la complexité de ces installations et au manque de données sur les quantités de matériaux utilisés dans les installations techniques. Des études récentes nous ont permis d’en savoir plus et montrent qu’entre 14% et 45% de l’impact environnemental incorporé des immeubles de bureaux peut être attribué aux installations techniques (2), en fonction du type d’installation et de la durée de vie considérée. Ce n’est pas surprenant, car les équipements techniques sont souvent constitués de métaux (rares) et contiennent des fluides à fort PRG (potentiel de réchauffement planétaire). Les points chauds se trouvent dans les systèmes de distribution et d’émission HVAC, le câblage électrique (cuivre), les liquides de refroidissement et les panneaux photovoltaïques.

copyright archipelago - école Steiner à Wijgmaal

La “low tech” comme stratégie

La réduction de l’impact environnemental incorporé des installations techniques peut être réalisée en utilisant différentes stratégies qui, dans la plupart des cas, doivent être combinées. La stratégie la plus importante consiste à réduire la quantité de matériaux utilisés dans l’installation technique et à éviter d’utiliser des réfrigérants à fort PRG.

Il est intéressant de noter que les différentes parties d’une installation technique ont des durées de vie différentes, par exemple les unités de production ont une durée de vie courte et les systèmes de distribution une durée de vie longue. Les différentes parties d’une usine ont également un impact différent sur la consommation d’énergie opérationnelle et donc sur l’impact environnemental opérationnel. La matérialisation des systèmes de distribution et des unités de production doit donc être considérée différemment. Les systèmes de distribution doivent être conçus de manière à être soit à l’épreuve du temps, soit aussi petits que possible, afin que leur impact matériel soit minimal. La pérennité signifie également qu’à moyen terme, différentes unités de production avec différentes sources d’énergie peuvent être connectées au système. À (assez) court terme, il faut rechercher le meilleur équilibre entre l’impact matériel et la consommation d’énergie primaire, avec l’empreinte environnementale correspondante à court terme (3).

L’une des stratégies les plus importantes pour réduire la quantité et l’impact des installations techniques réside dans la conception architecturale du bâtiment. L’application de stratégies de conception sensibles au climat, où la conception architecturale du bâtiment atténue déjà la plupart des influences perturbatrices du climat extérieur (chaleur et froid), offre des stratégies pour le maintien à faible technicité d’un climat intérieur confortable et sain, grâce par exemple à une lumière du jour de qualité maximale, une masse thermique et une ventilation naturelle. En appliquant ces stratégies, la demande énergétique nette du bâtiment pour maintenir le climat intérieur peut être considérablement réduite. La recherche a montré que ces stratégies ne sont pas seulement utiles dans notre climat actuel, mais qu’elles sont encore plus importantes dans les conditions climatiques futures (2 et 4).

copyright archipelago - Praktijkpunt Landbouw

Case studies

Bureau archipelago, Leuven

Grâce à la combinaison d’une orientation bien pensée des vitrages de la façade, de la masse thermique exposée de la façade et d’un concept élaboré de ventilation naturelle, les besoins énergétiques de ce bâtiment sont très faibles. De cette manière, le nombre d’installations techniques et de tuyauteries peut être considérablement réduit. Le nombre d’installations a également été réduit grâce à un dimensionnement minutieux dans lequel les valeurs par défaut des documents normatifs ne sont pas utilisées, mais des estimations réalistes, tenant compte du climat plus doux du centre-ville. Dans les conditions climatiques actuelles, ce nouvel immeuble de bureaux atteint un confort d’été acceptable sans refroidissement mécanique. En coopération avec la KU Leuven, le bâtiment a également été évalué dans des conditions climatiques futures. Dans ces mêmes conditions, le concept de refroidissement par ventilation assure un bon confort d’été la plupart du temps. En cas de conditions climatiques extrêmes, la pompe à chaleur réversible peut fournir un refroidissement supérieur via le plafond climatique. Toutes les installations techniques sont visibles et facilement accessibles pour l’entretien et les mises à niveau, sachant qu’un entretien correct est en fait la première étape pour prolonger la durée de vie des installations techniques.

Alchimiste hub pour l’entreprenariat local, Anderlecht

Lors de la conversion de ce bâtiment industriel centenaire, l’amélioration énergétique de l’enveloppe du bâtiment nous a permis de réduire la taille des installations de chauffage et de passer à des régimes de chauffage plus faibles. En outre, les unités de ventilation décentralisées à la demande avec récupération de chaleur rendent superflus les conduits complexes de HVAC qui traversent le bâtiment.

Greenpeace Belgium, Bruxelles

Les installations techniques dans les nouveaux bureaux de Greenpeace, une reconversion d’une ancienne manufacture d’orgues, ont été considérablement réduites par l’introduction d’un système de ventilation hybride qui combine une ventilation naturelle contrôlée à la demande grâce à l’ouverture des fenêtres et une extraction mécanique contrôlée sur commande avec récupération de chaleur par une pompe à chaleur. Par défaut, les conduits de ventilation sont limités en utilisant uniquement des systèmes d’extraction mécanique contrôlés à la demande. Grâce à un concept de ventilation intelligent, la longueur des gaines d’extraction mécanique peut également être réduite au minimum. Dans un tel concept de ventilation hybride, la demande en énergie primaire est égale à celle d’un système de ventilation double flux complet avec récupération de chaleur, mais l’impact matériel est considérablement réduit. Grâce à une validation intelligente de la masse thermique, à un ombrage bien conçu et à l’utilisation du refroidissement par ventilation naturelle, le climat intérieur peut être optimisé en été sans avoir recours au refroidissement mécanique. Le nombre d’installations techniques a encore été réduit par un dimensionnement minutieux et l’utilisation du bon sens pour les objectifs de confort intérieur.

Restaurant Pachthof, Botanical Garden, Meise

La combinaison d’une conception architecturale soignée, qui limite les charges solaires élevées en été et optimise les gains solaires en hiver, et d’un concept de refroidissement par ventilation naturelle grâce à des fenêtres à fonctionnement automatique, permet de réduire la demande d’énergie et de garantir un confort d’été de qualité sans avoir recours au refroidissement mécanique. La disposition spatiale bien pensée de la ventilation mécanique permet une utilisation flexible du bâtiment, l’adaptant à la fois à la saison estivale, plus chargée, et à la saison hivernale, plus calme.

 

archipelago & NU architectuuratelier - Pachthof Meise
archipelago & NU architectuuratelier - Pachthof Meise

Littérature supplémentaire

(1) Martin Röck, et al. (2020). Embodied GHG emissions of buildings – The hidden challenge for effective climate change mitigation, in: Applied Energy (https://www.researchgate.net/publication/337591460_Embodied_GHG_emissions_of_buildings_-The_hidden_challenge_for_effective_climate_change_mitigation)

(2) Delphine Ramon, (2021). Towards future-proof buildings in Belgium – Climate and life cycle modelling for low-impact climate robust office buildings, Phd Thesis, KU Leuven (https://lirias.kuleuven.be/3630791?limo=0)

(3) Joost Declercq, (2020). Circulaire economie toegepast op technische installaties – Technische installaties, aanpasbaarheid en reversibiliteit, Seminarie Duurzame Gebouwen, Leefmilieu Brussel (https://leefmilieu.brussels/sites/default/files/user_files/sem05-201016-6-jd-nl.pdf and https://leefmilieu.brussels/sites/default/files/user_files/sem05-201016-6-jd-fr.pdf )

(4) Joost Declercq, et al. (2021). The feasibility of natural ventilative cooling in an office building in a Flemish urban context and the impact of climate change, Proceedings of the 17th IBPSA Conference (https://www.conftool.pro/bs2021/index.php/30811_Declercq_Joost.pdf?page=downloadPaper&filename=30811_Declercq_Joost.pdf&form_id=30811)

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