Outils d`écoconception pour le bâtiment Guillaume LAMÉ

Master Recherche
Sciences de l’Entreprise : Génie Industriel
Mémoire thématique
Spécialité MoMaC
Outils d’écoconception pour le bâtiment
Guillaume LAMÉ
Soutenu le 24 mars 2014
Encadrants :
Jurys :
François CLUZEL
Yann LEROY
François CLUZEL
Marija JANKOVIC
Yann LEROY
Bernard YANNOU
Le secteur du bâtiment est responsable d’une part importante des impacts environnementaux des
activités humaines en France. Les évolutions de la réglementation et des habitudes de
consommation amènent les acteurs du secteur à chercher à limiter ces impacts. Il convient donc de
s’intéresser à la palette d’outils à la disposition de ces professionnels pour éco-concevoir. Quels sont
ces outils ? Comment les classer ? Que permettent-ils de faire ? Ce travail tâchera d’apporter des
réponses à ces questions.
0
Résumé
Le secteur du bâtiment est un contributeur important aux émissions de gaz à effets de serre en
France, et l’un des principaux postes de consommation d’énergie. C’est pourquoi il est soumis à une
règlementation de plus en plus exigeante, avec notamment comme objectif une consommation
nette d’énergie nulle pour les constructions neuves en 2020.
Pour parvenir à concevoir des bâtiments respectant ou dépassant ces impératifs, les concepteurs ont
besoin d’être assistés. Ce travail vise à étudier les outils existant dans le domaine de l’écoconception
des bâtiments, de manière à évaluer la « couverture » qu’ils proposent par rapport au processus de
conception.
Il en ressort que si de nombreux outils existent, certaines phases sont mieux couvertes que d’autres.
En particulier, les étapes d’esquisse et d’avant-projet sommaire, première étapes où il est donné
forme au futur bâtiment, sont uniquement associées à des outils en cours de développement.
1
Remerciements
Je tiens tout d’abord à remercier Yann Leroy et François Cluzel qui ont encadré ce travail. Leurs
conseils ont été précieux pour cette première expérience de la recherche, tant sur le plan
scientifique que dans la méthodologie.
Je remercie Bernard Yannou, qui m’a accueilli dans son master ;
Noémie Blaise et Asiya Chan pour nos échanges sur nos sujets respectifs ;
Marija Jankovic et Asma Ghaffari pour les conseils prodigués tout au long de l’année dans le cadre du
cours de formation à la recherche.
Merci également à Sébastien Lasvaux, du Centre Scientifique et Technique du Bâtiment, qui me
permet de continuer en stage sur ce sujet.
Enfin, je remercie Laurent Lacoin pour son aide et les contacts qu’il m’a apportés pour la suite de ce
travail.
2
Contenu
Résumé .................................................................................................................................................... 1
Remerciements ....................................................................................................................................... 2
Table des illustrations.............................................................................................................................. 5
Sigles et abréviations utilisés................................................................................................................... 6
1.
2.
3.
Introduction ..................................................................................................................................... 7
1.1.
L’environnement, une préoccupation politique importante .................................................. 7
1.2.
Le bâtiment, un secteur majeur .............................................................................................. 7
1.3.
L’écoconception, une solution possible .................................................................................. 7
1.4.
Problématique ......................................................................................................................... 7
1.5.
Contenu du rapport ................................................................................................................. 8
La réglementation environnementale dans le bâtiment ................................................................ 9
2.1.
La loi ........................................................................................................................................ 9
2.2.
Les engagements du secteur ................................................................................................. 10
Conception et écoconception dans le bâtiment ........................................................................... 11
3.1.
Cycle de vie du bâtiment ....................................................................................................... 11
3.2.
La conception ........................................................................................................................ 12
3.2.1.
La Programmation ......................................................................................................... 12
3.2.2.
La Projetation ................................................................................................................ 12
3.3.
4.
5.
L’éco-conception ................................................................................................................... 13
Les outils d’écoconception dans le bâtiment ................................................................................ 15
4.1.
Recensement de classifications existantes ........................................................................... 15
4.2.
Les outils sur le processus de conception ............................................................................. 16
4.3.
Classifications par le but et l’apport des outils ..................................................................... 17
4.3.1.
La classification de Gholipour ........................................................................................ 17
4.3.2.
La classification de Janin................................................................................................ 19
4.4.
La spécificité de l’outil et son interactivité avec le concepteur et son problème ................. 20
4.5.
Le degré d’implémentation : les principes, les méthodes, les outils : .................................. 22
4.6.
Le périmètre .......................................................................................................................... 23
4.7.
Application de ces classifications aux outils référencés ........................................................ 24
4.8.
Conclusions sur les classifications ......................................................................................... 25
Discussion et perspectives ............................................................................................................ 27
5.1.
Exhaustivité de la recherche ................................................................................................. 27
5.2.
Extension vers la durabilité ................................................................................................... 27
3
5.3.
6.
Variété des organisations de la conception .......................................................................... 27
Conclusion ..................................................................................................................................... 29
Bibliographie.......................................................................................................................................... 30
Annexe : description des outils d’éco-conception ................................................................................ 34
1.
2.
3.
4.
Les outils « d’assessment » ....................................................................................................... 34
1.1.
Les référentiels d’évaluation ............................................................................................. 34
1.2.
Les outils de mesure .......................................................................................................... 37
Systèmes d’information et Building Information Models ......................................................... 41
2.1.
Définitions ......................................................................................................................... 41
2.2.
Standards et solutions logicielles ...................................................................................... 42
2.3.
BIM et l’écoconception : l’exemple de Schlueter et Thesseling........................................ 43
Outils du domaine de l’architecture.......................................................................................... 45
3.1.
LibReArchi .......................................................................................................................... 45
3.2.
Outil solaire et Ec-Co-Gen ................................................................................................. 45
3.3.
Echelles de modèles, patrons de conception et éco-modèles .......................................... 47
3.4.
ESQUAAS ........................................................................................................................... 49
Principes d’organisation pour écoconcevoir ............................................................................. 50
4
Table des illustrations
FIGURE 1 - EVOLUTION DES EXIGENCES REGLEMENTAIRES DE CONSOMMATION ENERGETIQUE (SOURCE :
DEVELOPPEMENT-DURABLE.GOUV.FR) ....................................................................................................... 10
FIGURE 2 - PHASES DE VIE DU BATI, TIRE DE (GOBIN 2010) ................................................................................. 11
FIGURE 3 - PHASES DE VIE D'UN BATIMENT, TIRE DE(LEROY ET AL. 2013) ........................................................... 12
FIGURE 4 - REPRESENTATION DE LA CLASSIFICATION DE JANIN, TIREE DE (LE POCHAT 2005) ............................ 20
FIGURE 5 - CLASSIFICATION DES OUTILS D'ECOCONCEPTION ET FEEDBACK ENTRE EUX (DEWULF, 2003) .......... 20
FIGURE 6 - CLASSIFICATION DES OUTILS RECENSES. ............................................................................................. 24
FIGURE 7 - SCHEMA DESCRIPTIF DU SMO DANS LA DEMARCHE HQE, EXTRAIT DE (ADEME AND INSTITUT
MEDITERRANEEN DE BATIMENT ET DE L’ENVIRONNEMENT 2007) ............................................................. 35
FIGURE 8 - NIVEAUX DE PERFORMANCE DU CRITERE 3.2.1 "LIMITATION DES NUISANCES ET DES POLLUTIONS
SUR LE CHANTIER - LIMITER LES NUISANCES ACOUSTIQUES", EXTRAIT DE (CERTIVEA 2011) ..................... 36
FIGURE 9 – CLASSIFICATION D’OUTILS PAR UTILISATEURS (HAAPIO AND VIITANIEMI 2008) .............................. 38
FIGURE 10 - EXEMPLE DE COMPARAISON DE SOLUTIONS CONSTRUCTIVES AVEC EQUER (IMAGE IZUBA
ENERGIES) ..................................................................................................................................................... 39
FIGURE 11 - EXEMPLE DE RESULTAT OBTENU AVEC BEES (NATIONAL INSTITUTE OF STANDARDS AND
TECHNOLOGY 2011) ..................................................................................................................................... 41
FIGURE 12 - CONNOTATIONS AUTOUR DE BIM, EXTRAIT DE (SUCCAR 2009) ...................................................... 42
FIGURE 13 - EXEMPLE DE COMPARAISON DE RESULTATS OBTENUS PAR LE MODELE DE (SCHLUETER AND
THESSELING 2009). ....................................................................................................................................... 44
FIGURE 14 - ECHANGES D'ENERGIE DU BATIMENT SOUS DEUX CONFIGURATIONS DIFFERENTES AVEC LE
MODELE DE (SCHLUETER AND THESSELING 2009). ...................................................................................... 44
FIGURE 15 - FLUX D'EXERGIE D'UN BATIMENT D'APRES LE MODELE DE (SCHLUETER AND THESSELING 2009). . 44
FIGURE 16 - PAGE D'ACCUEIL DE LIBREARCHI ....................................................................................................... 45
FIGURE 17 - FONCTIONNEMENT DE L'OUTIL SOLAIRE (MARIN 2010) .................................................................. 46
FIGURE 18 - EXEMPLE D'OBJET GENERE AVEC EC-CO-GEN L (MARIN ET AL. 2012) .............................................. 47
FIGURE 19 - EXEMPLE DE L'ECO-MODELE "ARCHITECTURE SOUTERRAINE" (GHOLIPOUR, BIGNON, AND MORELGUIMARAES 2009) ........................................................................................................................................ 49
FIGURE 20 – EXEMPLE D’UTILISATION D’ESQUAAS, TIRE DE (LECOURTOIS AND GUENA 2009)........................... 50
5
Sigles et abréviations utilisés
ACV
Analyse de Cycle de Vie
AMO
Assistance à la Maîtrise d’Ouvrage
APD
Avant-Projet Sommaire
APS
Avant-Projet Définitif
BET
Bureau d’Etudes Techniques
ESQ
Esquisses
MO
Maîtrise d’Ouvrage
MOE
Maîtrise d’œuvre
PRO
Projet
6
1. Introduction
1.1.
L’environnement, une préoccupation politique importante
En 1987, le rapport Brundtland (Commission mondiale sur l’environnement et le développement de
l’Organisation des Nations unies 1987) lançait l’expression « développement durable » pour le grand
public. Il est défini comme « le développement qui répond aux besoins du présent sans compromettre
la capacité des générations futures à répondre à leurs propres besoins ».
Le développement durable compte trois piliers : économique, social et environnemental, mis en
évidence durant le sommet de la Terre de Rio en 1992 (ONU 1992). La facette environnementale a
été mise en avant en 1990 puis 1995, quand les rapports du Groupe Intergouvernemental d’Etude du
Climat ont pointé un lien probable entre activités humaines productrices de gaz à effet de serre et
réchauffement climatique (IPCC 1990; IPCC 1995). En réaction, le protocole de Kyoto, signé en 1997,
a contractualisé la volonté des états signataires de diminuer leurs émissions de gaz à effets de serre
(ONU 1998). La France, signataire du protocole de Kyoto, a lancé une réflexion nationale sur le sujet
avec le Grenelle de l’environnement et les lois qui en ont découlé (LOI N° 2009-967 de
Programmation Relative À La Mise En Œuvre Du Grenelle de L’environnement 2009).
1.2.
Le bâtiment, un secteur majeur
Le bâtiment, tout au long de son cycle de vie, est un contributeur important dans les impacts
environnementaux des activités humaines en France. Ainsi, le bâtiment tertiaire représentait 44% de
l’énergie finale consommée en France en 2007, également 23% des émissions de CO2 et la
construction générait en 2008 près de 75% de la masse totale de déchets produits en France
(Commissariat général au Développement durable 2009).
1.3.
L’écoconception, une solution possible
Face à l’enjeu que constitue la diminution des impacts environnementaux des activités humaines,
une pratique s’est développée : l’écoconception. Celle-ci consiste en « l’intégration des aspects
environnementaux dans la conception et le développement de produits » (International Organization
for Standardization 2002). Elle regroupe un certain nombre de principes, méthodes, outils et
techniques destinés à limiter dès la phase de conception les impacts futurs du produit (ou du service)
en train d’être conçu.
1.4.
Problématique
Dans le cadre qui vient d’être décrit, l’objectif du présent travail est directement lié à la question
suivante :
Comment permettre aux concepteurs de bâtiments de faire les choix ayant les plus faibles
impacts environnementaux ?
Plusieurs perspectives sont possibles. On peut, pour répondre, s’intéresser au processus, à ses
acteurs (notamment à leurs compétences), ou aux outils.
L’angle choisi pour répondre a été celui des outils d’écoconception. Il s’agit alors de se demander :
Quels sont les outils mobilisés pour écoconcevoir dans le secteur du bâtiment ?
7
(Ding 2008; Peuportier, Thiers, and Guiavarch 2013) soutiennent qu’il faut s’intéresser aux impacts
environnementaux le plus tôt possible dans la conception.
On se demandera donc également :
Quelle est la couverture des outils recensés par rapport au processus ?
Il faudra alors s’intéresser également aux critères permettant d’évaluer cette couverture, et par
conséquent aux classifications des outils d’écoconception mis à la disposition des concepteurs.
1.5.
Contenu du rapport
Pour répondre à la problématique, il convient tout d’abord de comprendre précisément le contexte
réglementaire auquel est soumis le secteur du bâtiment. Ceci permettra une bonne vision des
contraintes qui s’appliquent en conception.
Par la suite, le processus de conception sera décrit, et la notion d’écoconception précisée. Ceci
introduira les différents acteurs de la conception des bâtiments et la structuration en phases de cette
activité.
Finalement, nous étudierons les outils permettant d’appuyer la prise en compte des impacts
environnementaux. Différentes classifications seront présentées et appliquées à un ensemble
d’outils, dont les descriptions sont fournies en annexe. Des enseignements seront tirés de ces
classifications, ils conduiront à une discussion.
8
2. La réglementation environnementale dans le bâtiment
Intéressons-nous tout d’abord aux contraintes qu’impose l’environnement politico-sociétal au
secteur du bâtiment. On peut présenter ces contraintes en deux blocs : ce que la loi impose, et ce à
quoi les industriels se sont engagés à répondre sans pour autant qu’une loi les y oblige.
2.1.
La loi
La réglementation française impose que le maître d’ouvrage fournisse à la fin des travaux de
construction un document attestant que la réglementation thermique a été prise en compte pendant
le projet (LOI N° 2010-788 Art. 1 2010). Elle fixe également l’obligation de fournir un diagnostic de
performance énergétique (DPE) et un diagnostic des émissions de gaz à effet de serre (GES) pour tout
bâtiment neuf ou rénové.
Un audit de performance énergétique doit également être effectué entre le 1er janvier 2012 et le 1er
janvier 2017 sur toutes les copropriétés situées en France métropolitaine datant d’avant le 1 er juin
2001, et possédant une installation collective de chauffage utilisées par au moins 90% des
habitations (LOI N° 2010-788 Art. 1 2010). Cet audit de performance énergétique donne lieu à une
liste de préconisations dont le coût est estimé.
Par ailleurs, les consultations liées au Grenelle de l’environnement ont elles aussi amené au vote de
lois. Ainsi, l’article 4 de la loi Grenelle 1 stipule que l’Etat se fixe comme objectifs qu’à compter de la
fin 2012, les permis de construire ne soient accordés que pour des constructions neuves qui
« présentent une consommation d'énergie primaire inférieure à un seuil de 50 kilowattheures par
mètre carré et par an en moyenne » (soit la norme Bâtiment Basse Consommation) (LOI N° 2009-967
de Programmation Relative À La Mise En Œuvre Du Grenelle de L’environnement 2009). Il s’agit de la
réglementation dite RT2012. Des modulations sont prévues en fonction du type d’énergie utilisé, et
de la localisation (coefficients par zone).
Ce même texte pose les ambitions françaises, en stipulant notamment que l’Etat se fixe comme
objectif que « Toutes les constructions neuves faisant l'objet d'une demande de permis de construire
déposée à compter de la fin 2020 présentent, sauf exception, une consommation d'énergie primaire
inférieure à la quantité d'énergie renouvelable produite dans ces constructions, et notamment le boisénergie ».
Le graphique suivant synthétise l’évolution de la réglementation :
9
Figure 1 - Evolution des exigences réglementaires de consommation énergétique (source : developpementdurable.gouv.fr)
2.2.
Les engagements du secteur
Le cadre réglementaire pose aussi des conditions sur la communication environnementale. La norme
française NF P 01-010, en partie reprise dans la norme européenne EN 15804 (complétée par la
norme NF P01-064-CN pour conserver tous les aspects de la norme française), pose un cadre aux
entreprises qui communiquent sur les qualités environnementales de leurs produits. Elle définit le
contenu des Fiches de Déclaration Environnementale et Sanitaire. Ces fiches se basent notamment
sur une Analyse de Cycle de Vie (Desmaris et al. 2012). Une convention signée entre l’Etat et les
acteurs du bâtiment formalise l’engagement pris par les professionnels du secteur de généraliser
cette pratique (Etat français et al. 2009).
10
3. Conception et écoconception dans le bâtiment
Le bâtiment est le résultat d’un processus de conception, qui fait intervenir des acteurs nombreux.
Pour comprendre ce processus, il faut d’abord décrire le cycle de vie d’un bâtiment, pour ensuite se
plonger plus en détails dans les phases pré-construction. On définira enfin ce qu’on entend dans ce
cadre par « écoconception ».
3.1.
Cycle de vie du bâtiment
Pour Gobin (Gobin 2010), le cycle de vie d’un bâtiment se décompose suivant quatre grandes
phases (figure 2).
1. Programmation
Etablissement du cahier
des charges
2. Projetation
4. Exploitation
Organisation dans
l'espace
Utilisation du bâti
3. Production
Mise à disposition de
l'ouvrage
Figure 2 - Phases de vie du bâti, tiré de (Gobin 2010)
On commence par la programmation, puis le projet, la production et enfin l’exploitation. La phase
d’exploitation boucle ensuite sur la programmation lors d’une rénovation.
On notera que cette vision cyclique reste théorique puisqu’il ne permet pas de sortie vers une
déconstruction. D’autres travaux ont permis de décrire la vie d’un bâtiment, en particulier (Leroy et
al. 2013) et (Bentos 2012) (figure 3).
11
Figure 3 - Phases de vie d'un bâtiment, tiré de(Leroy et al. 2013)
Leur modélisation, basée sur les représentations de processus SADT, montre cette fois-ci la phase de
déconstruction.
3.2.
La conception
On entendra ici par « conception » les étapes précédant la phase de construction. Ceci regroupe les
phases que Gobin nomme Programmation et Projetation. L’étape de faisabilité, mentionnée chez
Bentos et Leroy et al, est englobée dans la Programmation chez Gobin, ce choix sera retenu ici.
Décrivons plus en détail ces deux phases.
3.2.1. La Programmation
Pendant la programmation, le MO (Maître d’Ouvrage) établit la faisabilité de la construction et en
conçoit le programme fonctionnel. Il s’agit de fait d’un cahier des charges décrivant les grandes
exigences fonctionnelles et les performances attendues par le futur bâti.
Pour ce faire, le MOA peut s’appuyer sur des Assistants à la Maîtrise d’Ouvrage (AMO), un
programmiste, un économiste, et passer par un promoteur pour acheter le terrain de la construction.
Gobin suggère d’articuler cette phase autour de la définition d’une « unité fonctionnelle » (Gobin
2010). Celle-ci est liée à des conditions de fonctionnement spécifiques aux utilisateurs finaux.
3.2.2. La Projetation
La programmation débouche sur la phase de projetation. Celle-ci correspond à la conception
proprement dite du bâtiment à partir des exigences fonctionnelles définies auparavant. Une réponse
12
au cahier des charges y est proposée. Cette phase débouche ensuite sur l’appel d’offres de
construction, appuyé par un cahier des charges de construction. Elle implique particulièrement deux
domaines professionnels : ingénierie et architecture.
On peut décomposer cette phase en quatre sous-phases, décrites dans (Bentos 2012) :
-
Esquisses
Avant Projet Sommaire (APS)
Avant Projet Définitif (APD)
Projet
La sous-phase d’esquisses permet de sélectionner un Maître d’Œuvre (MOE) à partir de propositions
rendues par plusieurs cabinets. Ceux-ci ont au préalable reçu un cahier des charges issu de la phase
de programmation, et ont élaboré leurs esquisses par rapport à ce cahier des charges.
Pendant les sous-phases APS et APD, le design est précisé, le MOE travaille avec les Bureaux d’Etudes
Techniques (BET) à la définition des surfaces et volumes, des matériaux, des sous-systèmes… Y sont
également définis les ratios de puissance thermique et lumineuse.
La sous-phase Projet est celle où les dimensions et les sous-systèmes (luminaires, canalisations…)
sont fixés.
Gobin suggère pour aller vers plus d’éco-conception d’accorder plus d’attention à la constructibilité
pendant cette phase, en détaillant davantage les schémas transmis par la suite aux constructeurs
(Gobin 2010).
3.3. L’éco-conception
Il s’agit maintenant de s’interroger sur ce qu’on entend dans le cadre de ce processus par
« écoconception ».
Dans le cadre général, la définition retenue pour l’écoconception est celle du rapport technique
ISO/TR 14062 (International Organization for Standardization 2002) : « l’intégration des aspects
environnementaux dans la conception et le développement de produits ».
Christophe Gobin en donne une définition adaptée au secteur du bâtiment (Gobin 2011) :
« L’écoconception du cadre bâti s’entend comme l’ensemble des outils et méthodologies
minimisant l’impact environnemental inhérent à toute construction. »
Ces définitions sont toutes deux relativement larges et permettent l’englobement de pratiques
variées. Caroline Lecourtois le souligne notamment (Lecourtois 2012) :
« L’éco-conception ou conception écologique est une notion qui semble regrouper diverses
réalités et avoir affaire avec divers vocables concernés par la préservation de
l’environnement, le développement durable et l’économie des ressources énergétiques. A
l’instar d’une remarque émise par Füzesséry et Roseau (Füzesséry and Roseau 2012) en ces
termes « le concept de ville durable pose en fait toute une série de problèmes à la fois
sémantiques et pratiques », l’éco-conception ne possède aucune détermination précise. »
13
On voit ici apparaître la notion de « ville durable », et donc de durabilité, qui renvoie à la conception
durable et aux trois piliers (économique, social, environnemental) du développement durable (ONU
1992). Les distinctions entre ces terminologies paraissent floues, il semblerait que l’on utilise dans
l’usage courant tantôt « écoconception » tantôt « conception durable » pour se référer parfois à la
même chose. On peut notamment lire sur le Wikipedia Anglophone (qu’on considèrera comme un
représentant de l’usage des termes en langue courante) :
“In some countries the term sustainable design is known as ecodesign, green design or
environmental design.”
“Dans certains pays le terme conception durable est connu comme écoconception, conception
verte ou conception environnementale”
(Wikipedia 2014), traduction : notre recherche
Cette amalgamation sémantique se retrouve chez Karlsson et Luttropp :
“EcoDesign is a concept that integrates multifaceted aspects of design and environmental
considerations. The objective is to create sustainable solutions that satisfy human needs and
desires.”
“L’écoconception est un concept qui integer les aspects multiples de la conception et des
considerations environnementales. L’objectif est de créer des solutions durables qui
satisfassent les besoins et désirs humains ».
(Karlsson and Luttropp 2006), traduction : notre recherche
Les trois piliers du développement durable sembleraient donc inextricables dans la conception, si
bien que l’écoconception et la conception durable ont été ramenées à un seul et même concept.
Si l’on comprend bien l’intérêt d’une telle approche globale et intégrée, nous nous en tiendrons dans
ce travail à la définition de Gobin et aux impacts environnementaux. Ceux-ci apparaissent comme
suffisamment complexes en eux-mêmes pour justifier une analyse spécifiques, et nombre d’outils
ont été développés dans ce but.
14
4. Les outils d’écoconception dans le bâtiment
Pour écoconcevoir, le concepteur a besoin d’outils lui permettant de situer sa pratique par rapport à
la performance environnementale attendue. L’objet de cette partie est d’étudier ces outils et de les
classer. Une description de certains des outils traités dans cette partie est disponible en annexe.
Nous commencerons par recenser les différents critères de classification existants.
Nous construirons ensuite une classification combinant certains de ces critères, et l’appliquerons à
un nombre restreint d’outils. Les outils retenus sont ceux étudiés dans (Gholipour 2011), car ils
couvrent un large horizon.
Enfin nous appliquerons la classification à l’ensemble des outils recensés pendant notre recherche.
4.1.
Recensement de classifications existantes
Plusieurs types de classifications existent (cf Tableau 1). Ils diffèrent tout d’abord par leur périmètre :
du plus large, celui des outils d’écoconception en général, au plus spécifique, par exemple les outils
d’évaluation de la performance environnementale des bâtiments.
Références
Classifications par
Bovea et Perez-Bellis 2012
Ecoconception
DeWulf 2004
Ecoconception
Janin 2000
Ecoconception
Le Pochat 2005
Ecoconception
Finnveden et Moberg 2005
Analyse de systèmes
Gholipour 2011
Bâtiment
Haapio et Viitaniemi 2008
Bâtiment
IEA Annex 31 2004
Bâtiment
Ding 2008
Bâtiment
Tableau 1 - Classifications d'outils d'écoconception (en jaune issues de la littérature écoconception, en orange analyse de
systèmes, en vert bâtiment)
But de l’outil
Difficulté / temps requis
Etape du processus de conception
Expertise nécessaire pour la mise en
place
Impacts considérés
Information nécessaire
Passif / actif
Phases de vie prises en compte
Préconisation / évaluation
Quantitatif / qualitatif
Système considéré (produit, entreprise,
pays, etc)
Type de bâtiment
Type de feedback
Types d’exigences pris en compte en
plus de l’environnement
Utilisateurs potentiels
15
Ces critères de classification permettent de trier les outils. Nous allons nous servir de certains d’entre
elles pour les appliquer aux outils utilisables dans le secteur du bâtiment.
4.2.
Les outils sur le processus de conception
Plusieurs auteurs proposent de classer les outils suivant le moment où ils interviennent dans le
processus de conception (dans le bâtiment (Haapio and Viitaniemi 2008; IEA Annex 31 2004;
Gholipour 2011), en écoconception au sens large (Janin 2000; Bovea and Pérez-Belis 2012; Dewulf
2003) ).
Ces positionnements se justifient par les différences de besoin d’information des outils et la précision
requise (exemple : les outils nécessitant des plans précis ne pourront pas être utilisés en phase
d’esquisse), et par le type d’information en sortie.
Dans le secteur du bâtiment, Gholipour et l’Annex 31 de l’International Energy Agency ont proposé
ce type de classification. La classification de l’Annex 31 n’est pas assez précise dans le cas présent :
elle n’offre que deux étapes pour le processus de conception, « preliminary study » et « design
process », auxquelles on peut éventuellement ajouter « Preparation of building contracts /
execution ». Aussi la proposition de Gholipour sera-t-elle préférée.
Gholipour n’étudie pas tous les outils existant, mais ceux choisis sont (au moins partiellement)
représentatifs d’une catégorie plus large. En transformant quelque peu le vocabulaire employé dans
le travail de Gholipour1 pour garder une cohérence avec le processus décrit par ailleurs, on obtient le
classement présenté en tableau 2.
EcoTect
EVAtool
Démarche HQE®
LEED
EQUER
Pléiade-Comfie
LibReArchI
Outil solaire
Patron de
conception
Échelle de modèle
TRIZ
Raisonnement à
partir de cas
Conception
distribuée
Conception
collaborative
Tableau 2 - Positionnement des outils sur le processus de conception, adapté de (Gholipour 2011)
Programme
Esquisses
APS
APD et projet
Post-conception
Cette présentation pourrait laisser à penser que le processus est entièrement outillé : HQE et LEED,
par exemple, peuvent être utilisés à toutes les étapes de la conception.
1
« Phase amont de la conception » devient « esquisses », « Conception (à partir d’APD) » devient « APD et
projet », « conception » couvre « esquisses »,« APS » et « APD et projet ».
16
Pourtant, il a été vu par ailleurs que ces outils ne génèrent pas de solutions, ne donnent pas de
pistes. Pour mettre en évidence cette différence entre les outils, il convient donc de prendre en
compte l’apport des outils pour le concepteur.
4.3.
Classifications par le but et l’apport des outils
4.3.1. La classification de Gholipour
Les outils ont plusieurs types d’apports pour le concepteur. Certains renforcent la créativité (TRIZ par
exemple), d’autres proposent des solutions sous la forme de blocs conceptuels à intégrer dans le
design, une autre catégorie s’attache à fournir au concepteur un supplément de données sur le
design qu’il a produit.
Ainsi, Vida Gholipour propose trois grandes catégories pour les outils d’aide à la conception
(Gholipour 2011) :
-
Outils de résolution des problèmes
Outils de proposition de solutions
Outils d’évaluation des solutions
Elle relie également les outils à trois grandes exigences (sans qu’on ne voie apparaître de corrélation
entre les deux catégorisations) :
-
Créativité
Optimisation du processus
Qualité environnementale
On peut donc suivant l’outil gagner des idées, gagner du temps/des ressources, ou jouer sur la
qualité environnementale d’un design.
Le tableau 3 est adapté des recherches de Gholipour.
17
Tableau 3 - Outils classés par groupe, approche et exigences associées, tiré de (Gholipour 2011)
Groupe
Approche
Conception collective
Résolution des
problèmes
Retour d'expérience
Réutilisation des
précédents
Proposition de
solutions
Outil ou/et méthode
Conception collaborative
Conception distribuée
Raisonnement à partir de
cas
TRIZ
Échelle de modèle
Patron de conception
Outil solaire
Génération des formes
LibReArchI
Les mesures
Evaluation des
solutions
Les référentiels
Les approches
combinées
Pléiade-Comfie
EQUER
Démarche HQE®
LEED
EVAtool
EcoTect
Exigence(s)
Optimisation du processus ;
Créativité
Optimisation du processus
Optimisation du processus
Créativité
Optimisation du processus
Optimisation du processus ;
Créativité
Créativité ;
Qualité environnementale ;
Optimisation du processus
Créativité ;
Qualité environnementale
Qualité environnementale
Qualité environnementale
Qualité environnementale
Qualité environnementale
Qualité environnementale
Qualité environnementale
On note qu’aucun des outils contenus dans la catégorie « résolution de problèmes » ne répond à
l’exigence « qualité environnementale ». Ces outils sont tirés de la littérature de la conception, ou de
boîte à outils de concepteurs, et peuvent être utilisés sans lien avec les impacts environnementaux
de l’objet conçu.
Des outils de proposition de solutions mentionnés par Gholipour, ni l’outil solaire ni LibReArchi n’ont
passé le stade expérimental. Malgré un potentiel qui paraît intéressant (l’outil solaire permettrait de
répondre à toutes les exigences), ils ne sont donc pas opérationnels. Les freins envisagés par
Gholipour sont notamment le caractère abstrait des résultats qu’ils génèrent, et qui ont besoin d’être
contextualisés, et la perte de contrôle par le concepteur qu’ils engendrent.
Enfin, tous les outils d’évaluation des solutions répondent à l’exigence de qualité environnementale,
mais ils n’offrent ni une plus grande créativité ni une optimisation du processus. Pour Gholipour, ces
approches « interviennent le plus souvent dans une étape avancée de la conception et sont mal
adaptées à la conception préliminaire ». On retrouve les critiques relevées par ailleurs à l’encontre
des référentiels d’évaluation et des logiciels de mesure/évaluation.
La classification de Gholipour renvoie à certaines notions employées par Baris Canbaz et qui peuvent
éclairer le rôle de ces outils dans l’acte de conception. Dans sa thèse, il pose les définitions
suivantes :
18
« Les variables de conception sont pour dimensionner un produit (par exemple la
longueur) et les variables de performance sont pour évaluer les performances d’un
produit (par exemple la masse). »
(Canbaz 2013)
Les contraintes environnementales posent des contraintes sur les variables de performance. Les
outils que Gholipour catégorise comme « qualité environnementale » permettent la mesure,
l’évaluation des variables de performance. Les outils de « créativité » proposent, directement ou
indirectement, des formes, et donc des valeurs de variables de conception. Enfin, les outils
« optimisation du processus » ont surtout trait à l’organisation de la conception et à sa performance,
sans s’intéresser directement aux livrables.
Il serait intéressant de pouvoir approfondir cette distinction sur les outils étudiés.
4.3.2. La classification de Janin
Une autre classification est fondée sur les apports des outils : il s’agit de celle proposée par Marc
Janin.
Dans sa thèse, il identifie deux grands types d’outils d’écoconception :
« - Les outils permettant d’analyser les impacts environnementaux des produits, outils [qu’il
a] qualifiés d’aide à l’établissement d’un « éco-profil » des produits ;
- Les outils permettant d’aider l’équipe de conception à trouver la « bonne voie » pour écoconcevoir, outils [qu’il a] qualifiés d’amélioration de la conception environnementale des
produits. »
(Janin 2000)
Les outils d’évaluation sont séparés en deux sous-groupes : ceux à dominante quantitative, et ceux à
dominante qualitative.
S’ajoutent à ces deux catégories les outils stratégiques, les outils de sensibilisation et ceux de
communication.
Pour les deux premières catégories, qui ont trait à la conception, la classification proposée par Janin
peut être représentée comme suit :
19
Figure 4 - Représentation de la classification de Janin, tirée de (Le Pochat 2005)
On trouve ici ce qui pourrait passer pour un décalage avec ce que propose Gholipour : les outils de
type « guidelines » et « normes », dans lesquels on pourrait inclure LEED et HQE, sont positionnées
comme outils ayant un potentiel important d’amélioration. Il faut aller plus loin pour réussir à capter
cette nuance.
4.4.
La spécificité de l’outil et son interactivité avec le concepteur et
son problème
Dans sa thèse, Wim DeWulf (Dewulf 2003) met en évidence le décalage relevé entre Janin et
Gholipour : l’absence d’outils qui donnent un retour « problem specific » durant la phase conceptal
design (figure 5). Pendant cette phase, seuls sont disponibles les retours d’ACV d’autres problèmes
plus ou moins proches, et des guidelines par définition génériques.
HQE et LEED peuvent dans ce cadre être considérés comme des « guidelines » : ils permettent de
fixer des objectifs et donnent des exigences et conseils généraux sur la façon de procéder. Ils
peuvent donc améliorer le résultat par rapport à une conception effectuée sans ces apports.
Figure 5 - Classification des outils d'écoconception et feedback entre eux (DeWulf, 2003)
20
Ceci explique le fait que dans la classification de Gholipour (tableau 2), on trouve HQE et LEED sur
toutes les phases de la conception, sans que ces outils soient pour autant considérés comme
vraiment satisfaisants pour le concepteur. Ils sont adaptés à une problématique plus qu’à un
problème, donnent des grandes lignes mais ne s’adaptent pas aux spécificités du cas d’utilisation.
Sur ce point, l’Annex 31 de l’International Energy Agency parle d’outils actifs et passifs (IEA Annex 31
2004; Haapio and Viitaniemi 2008). Les outils actifs sont en interaction avec l’utilisateur et son
problème. De leur côté, les outils passifs :
-
“aid formulation of design objectives;
convey results of pre-cooked assessments based on proxies or references;
assist in directing the planning and decision making processes; and
provide outputs of assessment results completed by third parties.”
-
« Aident à la formulation des objectifs de conception
Proposent des résultats d’évaluation a priori basées sur des similarités ou des références,
Aident au management de la planification et de la prise de décision, et
Fournissent les conclusions d’évaluations effectuées par des tiers »
Extrait de (IEA Annex 31 2004), traducation : notre recherche
On trouve entre autres dans les outils passifs les guidelines, checklists, lois et régulations.
Cette classification amène au tableau 4, si on l’applique aux outils identifiés par Gholipour.
EcoTect
EVAtool
Démarche HQE®
LEED
EQUER
Pléiade-Comfie
LibReArchI
Outil solaire
Patron de
conception
Échelle de modèle
TRIZ
Raisonnement à
partir de cas
Conception
distribuée
Conception
collaborative
Tableau 4 - Outils relevés par Gholipour placés sur le processus de conception et leur type de feedback (orange :
générique, vert : spécifique au problème, bleu : spécifique à la solution, jaune : principes d’organisation)
Programme
Esquisses
APS
APD et projet
Post-conception
Deux outils sont difficiles à catégoriser dans les classes définies par DeWulf. En effet, la conception
collaborative et la conception distribuée n’offrent pas de feedback en tant que telles, ce sont des
façons de travailler, on les « applique » plus qu’on ne « s’en sert ». Pour ne pas les placer dans la
catégorie « générique », ce qui la dénaturerait en partie, il faut créer une autre catégorie : « principes
d’organisation ».
21
EvaTool propose de poser des buts pour le projet en cours en le comparant à un benchmark, puis
offre un système de gestion des données. Il n’offre donc pas de feedback en soi : il ne transforme pas
l’information mais la stocke (Yudelson 2009). Il sera donc classé avec les outils à feedback
« générique ».
Cette difficulté à classer les deux principes d’organisation invite à ajouter un autre angle d’approche
sur les outils analysés par Gholipour.
4.5.
Le degré d’implémentation : les principes, les méthodes, les outils :
Trois grands types d’objets sont référencés par Gholipour (Gholipour 2011). Ils sont à un degré
différent d’implémentation. Nous les définirons comme suit :
-
-
-
Les « principes d’organisation », comme la conception collaborative ou la conception
distribuée. Le terme en lui-même ne renvoie pas à une recette d’application, ce sont plus des
concepts d’organisation que des enchaînements d’étapes spécifiées.
Les « méthodes », comme le raisonnement à partir de cas, l’échelle de modèle ou le patron de
conception. Ces méthodes sont génériques et dépendent par exemple d’une base de données,
on les mentionne sans faire référence à une implémentation opérationnelle particulière. C’est
par exemple la différence qu’on pourrait faire entre « analyse de cycle de vie », qui évoque un
procédé bien identifié, et « SimaPro », un logiciel d’ACV, avec ses contraintes ergonomiques et
sa base de données. On peut voir une méthode comme une classe d’outils (éventuellement
vide si la méthode n’a pas encore été implémentée).
Les « outils », qui sont les éléments restants : TRIZ, outil solaire, LibReArchi, Pléiade-Comfie,
EQUER, LEED, HQE, EVATool et EcoTect. Ils constituent une implémentation particulière d’une
méthode donnée (le cas de TRIZ est quelque peu litigieux, il constitue en quelque sorte une
méthode dont il est le seul outil d’application).
On peut maintenant enrichir la classification des outils de Gholipour, pour arriver au tableau 5.
Tableau 5 - Outils relevés par Gholipour placés sur le processus de conception et leur type de feedback.
Pré-conception
(programme)
Esquisses
APS
APD et projet
Post-conception
22
EcoTect
EVAtool
Démarche HQE®
LEED
EQUER
Pléiade-Comfie
LibReArchI
Outil solaire
Patron de conception
Échelle de modèle
TRIZ
Raisonnement à
partir de cas
Conception
distribuée
Conception
collaborative
Orange : générique, vert : spécifique au problème, bleu : spécifique à la solution, jaune : principes d’organisation ;
souligné : principes d’organisation, italique : méthodes, gras : outils
4.6.
Le périmètre
Enfin, un élément n’apparaît pas dans les outils classés par Gholipour mais présente un intérêt : il
s’agit du périmètre pris en compte par les outils.
En effet, les outils peuvent se classer par le niveau systémique qu’ils considèrent. Certains
s’attachent à évaluer l’impact d’un composant ou d’un matériau. D’autres à un sous-ensemble.
D’autres à un bâtiment, et enfin certains envisagent d’analyser les impacts d’un quartier. Cette
classification est notamment proposée dans (Ortiz, Castells, and Sonnemann 2009), où elle est
appliquée aux analyses de cycle de vie.
23
Application de ces classifications aux outils référencés
Bâtiment
Statut
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
D
D
D
ED
ED
ED
ED
ED
D
D
D
D
D
D
D
D
D
ED
D
D
D
D
D
D
D
D
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Sous-ensemble
1
Matériau
1 1
1
1 1 1 1
1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
24
1
Implémentation
1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Figure 6 - Classification des outils recensés.
1 1
Feedback
M
O
M
O
O
O
O
O
P
P
O
O
O
O
O
P
M
M
O
O
O
O
O
O
O
O
Périmètre
1 1
Post
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
PRO
APD
APS
Pb
Pb
Pb
Pb
G
Pb
Pb
Pb
Pp
Pp
G
S
S
S
S
Pb
S
S
S
G
G
G
G
G
G
G
1
1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Patron de conception
TRIZ
Échelle de modèle
Outil solaire
LibReArchI
ESQUAAS
Ec-Co-Gen
EcoModèles
Conception collaborative
Conception distribuée
BEES 4.0
Fiches de Déclaration Environnementale et Sanitaire
Pléiade-Comfie
EQUER
SimaPro
RàPC
Building information model
BIM + calculateur
EcoTect
BREEAM
LEED Leadership in energy and environmental design
Démarche HQE®
EVAtool
Outil d'aide à la mise en œuvre du SMO
Norme NF P 01-020-1
Réglementation : RT2012
1
PGM
Outil
ESQ
Processus
1 1 1 1 1 1 1 1
4.7.
Source
Gholipour 2011
Gholipour 2011
Gholipour 2011
Gholipour 2011
Gholipour 2011
Lecourtois and Guéna 2009
Marin et al 2012
Gholipour 2009
Gholipour 2011
Gholipour 2011
Haapio et Viitaniemi 2008
Desmaris et al. 2012
Gholipour 2011
Haapio et Viitaniemi 2008
PRESCO WP2
Gholipour 2011
Schlueter et Thesseling 2008
Schlueter and Thesseling 2009
Gholipour 2011
Haapio et Viitaniemi 2008
Ding 2008
Gholipour 2011
Gholipour 2011
ADEME 2007
Bellini et Janin 2011
Etat français
La figure 6 montre la classification de l’ensemble des outils recensés2.
-
Dans la colonne « feedback » : G : Générique (en orange), Pb : Problème (en vert), S : solution
(en bleu), Pp : principe d’organisation (en jaune)
Dans la colonne « implémentation » : P : principe, M : méthode, O : outil
Dans la colonne « statut » : D : développé, ED : en cours de développement
4.8.
Conclusions sur les classifications
La classification proposée, hybridation de celles données dans (Gholipour 2011; Ortiz, Castells, and
Sonnemann 2009; Haapio and Viitaniemi 2008; IEA Annex 31 2004; Janin 2000; Dewulf 2003) et d’un
critère permettant de distinguer d’une part les solutions « packagées », « commercialisables », ayant
fait l’objet d’une implémentation particulière ; d’autre part les méthodes qui regroupent plusieurs
implémentations possibles et dans un troisième groupe les principes d’organisation.
Un premier point important à noter est le fait que sur la phase d’esquisse existent deux types
d’outils : des outils génériques (HQE, LEED, RT2012, norme NF, Evatool…), et des outils liés au
problème (Ec-Co-Gen, Ecomodèles, ESQUAAS, outil solaire…). Or la plupart des outils liés au
problème sont encore en développement : on identifie un manque de solutions opérationnelles et
commercialisées pendant cette phase. TRIZ fait office d’exception, mais il s’agit d’un outil de
résolution de problèmes beaucoup plus généraux que le seul secteur du bâtiment, qui travaille sur
les principes physico-chimiques des produits, son intégration dans les processus actuels reste donc à
démontrer.
Si beaucoup s’accordent à dire qu’il faut intégrer les considérations environnementales aussi tôt que
possible dans le processus (Ding 2008; Peuportier, Thiers, and Guiavarch 2013; Schlueter and
Thesseling 2009), il semblerait donc qu’il existe un manque à ce niveau. (Peuportier, Thiers, and
Guiavarch 2013) affirment qu’il est possible de travailler très en amont avec des outils comme
EQUER, en utilisant des données génériques (moyennes des caractéristiques des matériaux par
exemple). Ces principes sont intéressants, mais ils nous paraissent diverger des approches choisies
par les architectes, qui ont plus trait à la génération de formes d’enveloppe, aussi serait-il important
de se pencher sur l’adéquation des outils aux besoins des concepteurs pendant cette phase. De plus,
dans leur article, Peuportier, Thiers et Guiavarch appliquent la méthode au choix de sous-ensembles
et pas à la définition du bâtiment (l’enveloppe est prise comme donnée) : ils se placent donc plus loin
dans le processus de conception, en Avant-Projet Sommaire voire peut-être même en Avant-Projet
Définitif.
Le couplage des différents outils « d’architectes » (nommés ainsi car développés dans des
laboratoires d’architecture) avec les possibilités offertes par le Building Information Modelling paraît
prometteur : un outil lié au problème, permettant une évaluation rapide par des indicateurs
synthétiques (cf annexe « Systèmes d’information et Building Information Modelling »), permettrait
de créer un outil complet dont les informations seraient réutilisables par la suite.
2
Le positionnement des outils sur chacun des critères est issu de notre lecture des références citées,
et pour certains d’autre références citées dans les descriptions en annexe.
25
Les phases suivant l’avant-projet définitif paraissent bien outillées : les différents outils basés sur
l’analyse de cycle de vie y sont utilisables à leur plein potentiel, comme la combinaison PleiadesComfie + EQUER par exemple.
26
5. Discussion et perspectives
Ce travail met en évidence la multiplicité d’outils mis à la disposition des acteurs de la conception
dans le bâtiment. Ces outils sont de types très variés, à plusieurs titres : utilisateurs visés, complexité
de mise en œuvre, but et apport, degré de généricité…
5.1.
Exhaustivité de la recherche
La première question à se poser est bien entendu l’exhaustivité de ce recensement. Il est certain que
davantage d’outils existent. Sur ce point, notons qu’une recherche en largeur a été privilégiée à une
approche en profondeur. A eux seuls (Haapio and Viitaniemi 2008) et (Ding 2008) regroupent
respectivement 16 et 20 outils d’assessment. Face à cette profusion d’outils, nous avons préféré
étudier un échantillonnage provenant de domaines variés (architecture, architecturologie, ingénierie
du bâtiment, énergétique, systèmes d’information) pour avoir une représentation de la diversité des
approches.
Il existe également d’autres modes de classification que ceux que nous avons retenus, par exemple :
-
Expertise requise (Le Pochat 2005)
Information nécessaire (IEA Annex 31 2004)
Utilisateurs visés (Haapio and Viitaniemi 2008)
Ces critères sont pertinents et pourront être ajoutés par la suite à la classification que nous avons
proposée, de manière à l’enrichir et à caractériser plus finement les outils. Ceci permettrait par la
suite une sélection de l’outil le plus pertinent pour un type d’acteur, une étape du processus et un
besoin donnés.
5.2.
Extension vers la durabilité
Nous avons précisé tôt dans ce travail que nous nous limitions aux aspects environnementaux du
développement durable. Néanmoins, la tendance générale de l’évolution des outils va vers de plus
en plus d’inclusion des facteurs sociaux et économiques, et donc vers la notion de durabilité (Cole
2005; Ding 2008).
Le fait de ne pas inclure les aspects sociaux et économiques peut artificiellement simplifier le
problème posé aux concepteurs en occultant un certain nombre de compromis. En effet, s’il est aisé
de construire « vert » à un coût très élevé, la réalité du marché ne le permet pas.
Nous pensons que l’intégration des enjeux économiques, environnementaux et sociaux nécessite
d’abord de comprendre comment se structure l’offre actuelle d’outils dans chaque axe, c’est
pourquoi une approche centrée environnement a pu être privilégiée. Il s’agira par la suite de l’élargir
à d’autres facteurs.
5.3.
Variété des organisations de la conception
Enfin, au cours de discussions avec des professionnels du secteur3, il nous est apparu qu’il existe une
importante variété de formes contractuelles dans le bâtiment. Il est possible que ces différentes
organisations aient une influence sur l’utilisation de tel ou tel outil en ce qu’elles peuvent modifier la
chaîne de décision. Nous n’avons pas été en mesure de prendre en compte cet élément.
3
Messieurs Laurent Lacoin, Christian Brice et Patrick Chassagnette, responsables de l’option Aménagement et
Construction Durable à l’Ecole Centrale Paris, rencontrés le 24 février 2014, puis le 5 mars 2014 pour M. Lacoin.
27
Néanmoins ce dernier point nous paraît fondamental. L’ensemble des outils vus dans cette étude
sont dépendants de l’information disponible, de la collaboration entre acteurs, des compétences
présentes sur un projet, et plus globalement de la structure organisationnelle du système de
conception. Nombreux sont ceux qui s’accordent pour dire que cette structure nécessite d’être
améliorée (cf. annexe « Principes d’organisation pour écoconcevoir »).
Or les bâtiments répondent aux définitions posées pour les systèmes complexes. Leur comportement
est la résultante des interactions entre les composants, et il est impossible de prédire le
comportement de l’ensemble par la seule connaissance des sous-systèmes (Bocquet et al. 2007). Ils
dépendent de décisions humaines, sont en interaction constante avec leur environnement,
regroupent des composants de durée de vie différentes (Cluzel et al. 2012). Leur système de
conception a les mêmes caractéristiques. Il comprend de nombreuses interactions, rendant sa
compréhension difficile par une approche analytique (de Rosnay 1975).
Pour améliorer la conception, et notamment sur les aspects environnementaux, il importe donc de
comprendre plus finement la structure des deux systèmes : système produit – le bâtiment, et
système de conception – le projet. Pour comprendre comment l’organisation complexe du projet de
conception peut produire un livrable offrant des performances environnementales supérieures à ce
qu’elle a pu produire par le passé, deux éléments sont nécessaires :
-
-
Une compréhension de la structure du système-résultat, c’est-à-dire des interdépendances
entre les différents paramètres du système. Ceci permettra de mettre en évidence les
paramètres les plus influents. C’est sur le choix de ces paramètres que la prise en compte des
aspects environnementaux aura le meilleur « rendement ».
Une compréhension des jeux d’acteurs dans le système de décision, c’est-à-dire des liens entre
les différents acteurs interagissant avec le bâtiment pendant son cycle de vie. On identifie ainsi
les intérêts partagés et les divergences, qui peuvent faciliter ou empêcher l’optimisation des
paramètres-clefs identifiés précédemment.
Pour y parvenir, il a été décidé d’appliquer les méthodes de l’analyse structurelle, et en particulier le
duo MICMAC-MACTOR (Arcade et al. 2003). Ceci sera l’objet d’une prochaine recherche, réalisée en
co-encadrement Laboratoire de Génie Industriel – Centre Scientifique et Technique du Bâtiment.
28
6. Conclusion
Le contexte législatif dans le bâtiment va vers de plus en plus de contraintes sur les performances, et
notamment vers de plus en plus de sobriété énergétique.
Pour répondre à cet enjeu auquel est confronté le secteur, il est crucial de s’intéresser à la
conception du bâtiment. Celle-ci se décompose en deux-phases : la programmation, où le cahier des
charges fonctionnel est défini, et la projetation, où la bâtiment « prend forme » sur papier.
De nombreux outils existent pour guider, appuyer voire conseiller les concepteurs pendant ces deux
phases. Ces outils visent à permettre la conception de bâtiments ayant des impacts
environnementaux moindres.
Nous avons proposé une classification de ces outils d’écoconception. Cette classification met en
évidence de grandes tendances dans les outils, et notamment un manque d’outils matures sur les
premières étapes de la phase de projetation (la sous-phase d’esquisses). A l’opposé, beaucoup
d’outils relativement complets existent pour évaluer un design avancé. Il paraîtrait intéressant de
transférer une partie des efforts alloués aux outils d’évaluation utilisables seulement sur des designs
finalisés vers les outils amont, à vocation architecturale (c’est-à-dire travaillant sur la forme, sur les
longueurs et volumes).
Un lien pourrait être fait pour unifier tous ces outils grâce à l’émergence des Building Information
Models, des fichiers uniques contenant toutes les informations sur un bâtiment : ses données
géométriques, mais aussi les performances de ses composants.
Cette situation permet d’espérer l’émergence prochaine d’une nouvelle génération d’outils. Ceux-ci
utiliseraient le plein potentiel offert par l’informatique et permettraient de travailler sur un modèle
unique, des premières étapes à la validation du dossier de conception, de l’analyse du croquis
crayonné d’enveloppe à la simulation thermique d’un design complet.
29
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33
Annexe : description des outils d’éco-conception
1. Les outils « d’assessment »
Les diverses approches d’évaluation, de labellisation et de certification permettent de créer un cadre
commun d’évaluation des performances de bâtiments.
Au sein de ce groupe d’outils, deux types d’approches se dégagent : des outils de mesure, comme
EQUER, et des approches par référentiel d’évaluation (classification adaptée de (Gholipour 2011) ).
1.1.
Les référentiels d’évaluation
1.1.1. Inventaire
Grace Ding a produit une revue des référentiels d’évaluation (Ding 2008). Ces méthodes doivent dans
l’idéal permettre, dans un cadre unifié, de prendre en compte les attentes de partie prenantes
variées, qui portent sur de multiples critères.
Ding sépare les outils en deux catégories : assessment et rating, que nous traduirons par évaluation
et notation. Les outils d’évaluation donnent un niveau de performance « absolu », quand les outils de
notation transforment un certain nombre de critères en un niveau de performance exprimé sous
formes d’étoiles. Dans notre cas, les « référentiels d’évaluation » sont en fait les outils de notation.
Le but d’un référentiel d’évaluation est le suivant :
“It provides a way of structuring environmental information, an objective assessment of
building performance, and a measure of progress towards sustainability.”
“Il fournit un moyen de structure de l’information environnementale, une evaluation objective
de la performance d’un bâtiment, et une mesure du progrès vers la durabilité »
(Ding 2008), traduction : notre recherche
Ces approches sont relativement variées et furent initiées par BREEAM en 1990. Parmi les 20 outils
listés par Ding, certains peuvent donner accès à une certification (comme LEED aux Etats-Unis). Les
modalités d’évaluation varient de la checklist (LEED) à l’ACV (EcoQuantum).
1.1.2. Le cas HQE en France
En France existe une certification, la certification Haute Qualité Environnementale. Celle-ci est
définie par l’Association HQE4. L’association a confié à l’AFNOR Certification l’organisation de la
certification HQE. Pour ce faire, l’un des organismes mandaté par l’AFNOR est Certivéa, filiale du
Centre Scientifique et Technique du Bâtiment, qui certifie uniquement les bâtiments nonrésidentiels.
La certification porte sur deux aspects : le Système de Management de l’Opération (SMO, cf. figure
7), et la Qualité Environnementale du Bâtiment (QEB) (Certivéa 2011).
4
http://assohqe.org
34
Figure 7 - Schéma descriptif du SMO dans la démarche HQE, extrait de (ADEME and Institut Méditerranéen de Bâtiment
et de l’Environnement 2007)
Cette certification considère un périmètre large puisqu’elle prend en compte des critères comme la
favorisation de l’usage des transports en commun.
Le référentiel comprend 14 cibles de performance. Pour être certifié, un bâtiment doit dépasser les
exigences réglementaires sur au moins 7 de ces cibles, dont 3 doivent être au niveau « très
performant ». Pour tous les bâtiments soumis à la RT2012, la cible « gestion de l’énergie » doit
obligatoirement faire partie des 7 cibles.
Les niveaux de performance sont définis tantôt par des critères quantitatifs (notamment sur la
performance énergétique), tantôt sur des critères qualitatifs, par exemple sur la gestion des
nuisances sonores du chantier (cf. figure 8).
35
Figure 8 - Niveaux de performance du critère 3.2.1 "Limitation des nuisances et des pollutions sur le chantier - Limiter les
nuisances acoustiques", extrait de (Certivéa 2011)
L’ADEME a produit un guide appuyant la mise en plus du SMO par la maîtrise d’ouvrage (ADEME and
Institut Méditerranéen de Bâtiment et de l’Environnement 2007). Ce guide propose d’aider à la prise
de décision tout au long du processus.
1.1.3. Limites des approches par référentiels et positionnement dans le processus
D’après (Ding 2008), les référentiels sembleraient être de plus en plus utilisés comme des guidelines
pour la conception. Pourtant, ils se placent naturellement en fin de conception, quand le design est
finalisé : difficile alors de revenir en arrière, à un moment ou les coûts de modification sont
importants (cf. (Prinçaud 2011) pour le cas de conception général).
Une autre critique adressée à certains d’entre eux est l’absence de données financières (Ding 2008).
Ceci peut jouer contre ces outils, puisque l’enjeu de l’écoconception est de diminuer les impacts en
maintenant les coûts (Gobin 2011). Enfin, la complexité de ces outils peut être un frein : BEPAC
contient 30 critères, GBTool 120 (Ding 2008).
36
Pris ensemble, ces différents aspects amènent à une conclusion : si ces outils peuvent servir à donner
des objectifs et des critères de performance du système final (cf. interview de Fanny Pillault de Green
Affair dans (Bentos 2012) : « on part de ce qu’il est imposé par la certification et après on essaye
d’aller plus loin en économie d’énergie »), en tant qu’outils de conception ils sont principalement des
outils de fin de conception. Ceci est notamment souligné par Gholipour :
« [C]es approches favorisent une démarche de labellisation du bâtiment selon de grandes
lignes. Mais ces grandes lignes ne sont pas forcément en mesure d’aider l’architecte dans
ses démarches de conception. Elles sont plutôt une aide au maître d’ouvrage pour décider
en amont et vérifier en aval de la conception la bonne réalisation du bâtiment. »
et
« Le travail de conception reste toujours aussi lourd à achever pour l’architecte. »
(Gholipour 2011)
Ding conclut donc :
“[T]he use of environmental assessment methods as design guidelines cannot be sufficient.”
« L’utilisation de méthodes d’évaluation environnementales comme lignes directrices de la
conception ne peut être suffisant »
(Ding 2008), traduction : notre recherche
Le guide proposé pour appuyer la démarche HQE n’offre pas non plus d’aide au choix de solutions. Il
aide à la gestion du processus de conception, notamment au choix des acteurs, et propose des
checklists pour la planification des documents intermédiaires de suivi. Il offre un cadre de
management et contraint à formaliser les différents éléments du système de management
environnemental du projet, mais n’est pas un outil pour les concepteurs.
1.2.
Les outils de mesure
1.2.1. Inventaire
Il existe beaucoup d’outils de mesure des performances d’un design. (Haapio and Viitaniemi 2008)
dans leur revue et (Gholipour 2011) dans l’état des lieux de sa thèse en ont analysé certains. C’est
d’ailleurs à Gholipour que le terme « outils de mesure » est emprunté.
Haapio et Viitaniemi (Haapio and Viitaniemi 2008) reprennent la classification de l’ATHENA Institute
des outils d’évaluation :
-
Niveau 1 : outils pour la comparaison de produits, sources d’information
Niveau 2 : outils de conception ou de support à la décision pour des bâtiments complets
Niveau 3 : systèmes et référentiels d’évaluation de bâtiments complets
Les auteurs hybrident ensuite la classification Athena avec celle de IEA Annex 31, ce qui donne :
1. Logiciels de modélisation énergétique
2. Outils d’ACV environnementale pour bâtiments et matériaux
- Niveau 1
37
- Niveau 2
- Niveau 3 (certains)
3. Référentiels d’évaluation environnementale et systèmes de notation
- Niveau 3 (les autres)
4. Guides de conception environnementale et checklists pour la conception et le management des
constructions
5. Déclarations environnementales de produits, catalogues, certifications, labels5
Le niveau 3 recoupe notamment les outils déjà discutés dans la partie sur les référentiels
d’évaluation. Les outils des catégories 1 et 2 sont des logiciels interactifs, les autres sont passifs.
Le niveau 1 ne contient que deux outils : BEES 3.0 et TEAM. BEES6 est une base de données sur les
composants de construction et d’exploitation (maintenance, nettoyage) d’un bâtiment. Il donne leurs
performances obtenues par ACV, et un élément de coût. C’est donc un outil qui peut servir pour
choisir des matériaux, mais il ne permet pas de modéliser d’assemblages. TEAM est un outil d’ACV
développé par EcoBilan, une entité du cabinet de conseil PWC, et qui n’est pas spécifique au secteur
de la construction. Aussi ces deux outils ne seront-ils pas analysés plus en détail pour privilégier les
outils de niveau 2.
Nous nous intéresserons ici aux outils interactifs des niveaux 2 et 3. Il s’agit d’ATHENA™, BEAT 2002,
BeCost, Eco-Quantum, Envest 2, EQUER, LEGEP®, EcoEffect, ESCALE et PAPOOSE.
Un outil de cette classification va être développé davantage : EQUER (niveau 2). La figure 9 montre
les outils recensés par Haapio et Viitaniemi, croisés avec leurs utilisateurs.
Figure 9 – Classification d’outils par utilisateurs (Haapio and Viitaniemi 2008)
5
On note que les différentes catégories se recoupent parfois : LEED est un référentiel d’évaluation
environnementale, de niveau 3 pour Athena, et il donne lieu à une certification…
6
http://www.nist.gov/el/economics/BEESSoftware.cfm
38
1.2.2. Le cas d’EQUER
EQUER est un logiciel d’Analyse de Cycle de Vie qui peut s’associer aux les modèles de bâtiments
créés à l’aide de Pléiades+Comfie (Izuba Energies 2014; Peuportier and Thiers 2006).
Pleiades est une interface fondée sur deux modules :
-
Alcyone, module de représentation 3D
Meteocalc, module de programmation météorologique
Comfie est un moteur de simulation thermique.
A partir de ces éléments, EQUER réalise l’ACV du bâtiment modélisé. A titre d’exemple, on peut citer
(Peuportier, Thiers, and Guiavarch 2013), où deux maisons individuelles sont modélisées pour
connaître leurs impacts environnementaux. On peut voir un exemple de résultat de comparaisons en
figure 10.
Figure 10 - Exemple de comparaison de solutions constructives avec EQUER (image IZUBA Energies)
Pour Gholipour, EQUER associé à Pleiade+Comfie peut s’utiliser à compter de la phase d’APD
(Gholipour 2011). Elle relève plusieurs limites à l’outil :
-
Expertise nécessaire pour le manier, qui rend indispensable l’intervention d’un expert et
complique le processus ;
Quantité de données nécessaires (aussi bien pour Pleiades+Comfie que pour EQUER) ;
39
-
Précision des données à fournir pour la modélisation thermique (ce que confirme Marin qui
explique que Comfie « demande une modélisation détaillée » (Marin 2010) ) ;
Impossibilité de modéliser des formes complexes.
Elle conclut qu’il s’agit donc d’un outil plutôt adapté aux phases de conception avancée.
Néanmoins, Gobin affirme qu’il peut permettre d’ « effectuer une analyse du cycle de vie préalable
sur la base d’une toute première esquisse de façon à situer le niveau des enjeux et à valider les
objectifs retenus » (Gobin 2011). Ceci dès la phase de programmation.
La question de la précision des données semble être centrale : on peut peut-être utiliser le logiciel en
phase très amont, en utilisant un schéma très sommaire, mais quelle fiabilité accorder aux résultats ?
Gobin ne donne pas la réponse dans son ouvrage.
1.2.3. Le cas BEES
BEES (Building for Environmental and Economic Sustainability) est présenté comme suit :
“BEES Online implements a powerful technique for selecting cost-effective, environmentallypreferable building products.”
« BEES Online implémente une technique puissante pour choisir des produits de construction
économiquement intéressants et environnementalement supérieurs. »
Présentation de BEES (National Institute of Standards and Technology 2011), traduction :
notre recherche
Il s’agit de fait d’une base de données contenant des informations sur l’impact environnemental d’un
certain nombre d’items. Elle évalue des produits de construction (tuiles par exemple), mais aussi des
produits utilisés pour l’entretien du bâtiment (produits de nettoyage de moquettes par exemple).
Pour chacun des 230 produits recensés, BEES contient les résultats d’une analyse de cycle de vie
effectuée sur ce produit.
Les résultats donnent une décomposition du coût du produit à l’achat puis pendant son utilisation, et
la décomposition de ses impacts pendant les différentes phases de son cycle de vie. La figure
711montre un exemple pour un type de ciment, sur le critère « global warming ».
40
Figure 11 - Exemple de résultat obtenu avec BEES (National Institute of Standards and Technology 2011)
BEES se place donc à l’échelle du composant. Il permet en particulier des comparaisons d’éléments
(même si l’interface ne permet pas d’afficher deux composants simultanément), ou l’utilisation de
données pour une ACV à une échelle de système supérieure (bâtiment ou sous-ensemble).
2. Systèmes d’information et Building Information Models
2.1.
Définitions
“Building Information Modelling (BIM) is a set of interacting policies, processes and
technologies generating a “methodology to manage the essential building design and project
data in digital format throughout the building's life-cycle” (Penttilä 2006)”
« Building Information Modelling (BIM) est un ensemble de procédures, processus et
technologies interagissant entre eux et générant “une méthodologie pour gérer les données
essentielle de la conception et du projet d’un bâtiment, sous format digital et tout au long du
cycle de vie du bâtiment » (Penttilä 2006) »
Citation extraite de (Succar 2009), traduction : notre recherche
L’expression BIM recouvre des choses différentes. Elle se réfère à la fois à un concept d’organisation
des données se rattachant à un bâtiment, et à son implémentation dans certains logiciels, chez
Autodesk par exemple. Nous ferons ici référence au cadre méthodologique général plus qu’aux
implémentations particulières.
“Building Information Modeling (BIM) is a digital representation of physical and functional
characteristics of a facility. A BIM is a shared knowledge resource for information about a
41
facility forming a reliable basis for decisions during its life-cycle; defined as existing from
earliest conception to demolition.”
“BIM est une représentation digitale des caractéristiques physiques et fonctionnelles d’un
ensemble bâti. Un BIM est une base de connaissance partagée sur les informations
concernant un ensemble bâti. Il constitue une base de décision fiable durant le cycle de viedu
bâtiment, depuis les débuts de la conception jusqu’à la démolition. »
Définition de BIM proposée par le National Building Information Model Standard Project
Committee7, traduction : notre recherche
BIM fait donc référence à une représentation digitale commune d’un bâtiment et de ses propriétés
fonctionnelles, tout au long du cycle de vie. Il s’agit d’un cadre de gestion des connaissances et des
données.
Figure 12 - Connotations autour de BIM, extrait de (Succar 2009)
BIM permet de fait une vue intégrée du bâtiment, qui considère à la fois ses aspects physiques et
logiques (Schlueter and Thesseling 2009). Il permet de stocker plus d’information qu’un jeu de
dessins. Il rend possible l’interopérabilité de différents systèmes : dessin, CAO, évaluation des
performances par modèles physiques notamment. C’est donc un outil de partage d’information, qui
facilite la collaboration entre parties prenantes d’un projet.
2.2.
Standards et solutions logicielles
Un standard a été développé pour faciliter le déploiement de BIM dans l’industrie. Il s’agit du
standard Industry Foundation Classes ou IFC, développé par l’International Alliance for
Interoperability (devenue depuis buildingSMART).
“The US National BIM Standard will promote the business requirements that BIM and BIM
interchanges are based on:
o
o
o
o
a shared digital representation,
that the information contained in the model be interoperable (i.e.: allow computer to
computer exchanges),
and the exchange be based on open standards,
the requirements for exchange must be capable of defining in contract language.”
7
http://www.nationalbimstandard.org/faq.php#faq1 , consulté le 23 février 2014. Le NBIM Standard Project
Committee est lié à buildingSMART, une association professionnelle américaine du secteur du bâtiment.
42
Définition de BIM proposée par le National Building Information Model Standard Project
Committee
De nombreuses solutions logicielles existent pour mettre en place BIM. Parmi les entreprises ayant
développé un produit, on peut notamment citer Autodesk avec Revit Architecture8 ou Bentley9.
2.3.
BIM et l’écoconception : l’exemple de Schlueter et Thesseling
Schlueter et Thesseling ont publié en 2009 un article intitulé Building information model based
energy/exergy performance assessment in early design stages (Schlueter and Thesseling 2009).
Ils y utilisent le Building Information Model pour évaluer la performance d’un design en phase amont
de la conception. Leur démarche consiste à lier les informations sur le bâtiment contenues dans le
BIM à un calculateur qui leur donne rapidement un certain nombre d’indicateurs jugés représentatifs
de la performance d’un bâtiment.
Ces indicateurs sont :






Pertes de chaleur transmises par l’enveloppe
Pertes de chaleur liées à la ventilation
Gains de chaleur solaire par les fenêtres
Gains de chaleur internes
Puissance d’éclairage spécifique/puissance d’éclairage
Besoin en chaleur résiduel (i.e. somme des pertes de chaleur – somme des gains de chaleur)
Les auteurs ajoutent également à ce modèle la notion d’exergie. L’exergie quantifie en quelque sorte
le potentiel d’une source d’énergie à être dispersée, elle a été qualifiée de « part valorisable de
l’énergie » ( « valuable part of energy », (Schmidt 2004) in (Schlueter and Thesseling 2009) ). Ceci leur
permet de faire la différence entre les différentes consommations d’énergie : en supposant qu’on
puisse récupérer la même quantité d’énergie d’une pompe à chaleur ou d’une chaudière à fuel, les
implications ne sont pourtant pas les mêmes. L’objectif affiché par les auteurs est de privilégier les
bâtiments à faible consommation d’exergie.
Leur modèle de calcul d’exergie est intégré à un logiciel qui gère le BIM du bâtiment (Revit
d’AUTODESK), les résultats obtenus sont montrés dans les figures 13 à 15. Des radars des ratios jugés
d’intérêt sont affichables, et le design peut être modifié avec les ratios s’adaptant quasiment en
temps réel, comme en figure 13. Les flux d’énergie sont affichés de façon visuelle (figure 14), et la
décomposition de la consommation d’exergie du bâtiment est également donnée (figure 15).
8
9
http://usa.autodesk.com/building-information-modeling/ , consulté le 23 février 2014
http://www.bentley.com/fr-FR/Solutions/Buildings/About+BIM.htm , consulté le 23 février 2014
43
Figure 13 - Exemple de comparaison de résultats obtenus par le modèle de (Schlueter and Thesseling 2009).
Figure 14 - Echanges d'énergie du bâtiment sous deux configurations différentes avec le modèle de (Schlueter and
Thesseling 2009).
10
Figure 15 - Flux d'exergie d'un bâtiment d'après le modèle de (Schlueter and Thesseling 2009).
Ces résultats paraissent intéressants pour offrir une évaluation rapide de la performance en phase
amont à des non-experts de l’évaluation. La distinction faite sur la qualité de l’énergie utilisée est
10
L’ « exergy efficiency » indique la part d’exergie effectivement utilisée pour chauffer les pièces.
44
aussi importante, elle permet d’arbitrer les choix de sources quand de l’énergie doit être consommée
pour maintenir la performance du bâtiment.
3. Outils du domaine de l’architecture
Ces outils sont nommés ainsi uniquement parce qu’ils ont été identifiés dans la littérature
scientifique des domaines de l’architecture et de l’architecturologie.
3.1.
LibReArchi
« La librairie de référents architecturaux interactifs (LibreArchi) est un espace ouvert de
partage de référents et de savoir-faire en architecture numérique. »
(Iordanova 2010)
Dans le cadre de sa thèse de doctorat, Ivanka Iordanova a conçu une librairie regroupant des
« référents architecturaux ». Par référents, elle entend « tous les objets et phénomènes auxquels on
peut avoir recours, comme les métaphores, les types, les analogies, les précédents et les cas »
(Iordanova 2008). Cette librairie se présente sous la forme d’un site Internet (fig. 16).
Figure 16 - Page d'accueil de LibReArchi
L’objectif est de stimuler la créativité et de faciliter l’enseignement de l’architecture assistée par le
numérique. Cet outil est utilisé principalement dans le cadre d’ateliers de conception numérique
(Iordanova, Tidafi, and Guité 2009). C’est un outil pour l’instant purement pédagogique (Gholipour
2011), que l’on peut qualifier d’abstrait dans son approche au sens où il éloigne fortement le
concepteur de son problème en abstrayant fortement ce dernier.
3.2.
Outil solaire et Ec-Co-Gen
L’outil solaire est un outil développé par Philippe Marin dans le cadre de sa thèse de doctorat (Marin
2010). Marin utilise des algorithmes génétiques pour optimiser les qualités solaires passives de
l’enveloppe d’un bâtiment.
Concrètement, l’utilisateur rentre dans le système des contraintes environnementales. A partir d’une
forme initiale, un cube, et des contraintes du problème, le logiciel génère alors une population
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aléatoire, et fait évoluer la population en évaluant à chaque itération les qualités solaires passives. A
la fin, le programme offre à l’utilisateur la population générée en mettant en évidence les individus
présentant les meilleures performances. Ce fonctionnement est représenté en figure 17.
Figure 17 - Fonctionnement de l'outil solaire (Marin 2010)
Marin a par la suite prolongé ce travail, dans le cadre du projet Ec-Co-Gen (pour EcoConception
Générative11) (Marin et al. 2012). Cet outil utilise le même principe que l’outil solaire, et permet de
faire évoluer des formes grâce à une évaluation de leurs qualités solaires et thermiques. Le type
d’objet manipulé relève de l’esquisse d’enveloppe, comme le montre la figure 18.
11
Site web du projet : http://eccogen.crai.archi.fr/wordpress/
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Figure 18 - Exemple d'objet généré avec Ec-Co-Gen L (Marin et al. 2012)
L’interaction avec l’utilisateur est importante (Marin et al. 2013), ce qui n’était pas le cas dans l’outil
solaire et générait une part de frustration chez les utilisateurs (Marin 2010).
3.3.
Echelles de modèles, patrons de conception et éco-modèles
La notion d’échelle de modèle est tirée du champ de l’architecturologie, fondé en France par Philippe
Boudon (Lecourtois 2010). Elle se définit comme :
« Une classe d’opération qui consiste à reprendre un modèle antérieur tout en effectuant
éventuellement des modifications de divers degrés et de diverses natures. »
(Boudon et al. 1994) in (Gholipour 2011)
Elle est liée à la notion de patron de conception. Cette dernière remonte à un ouvrage de
Christopher Alexander paru en 1977, A Pattern Language: Towns, Buildings, Construction (Alexander
1977). Les patrons d’Alexander sont des éléments de solution à des problèmes, qui tous ensembles
forment un langage.
“The elements of this language are entities called pattenrs. Each pattern describes a problem
which occurs over and over again in our environment, and then describes the core of the solution
to that problem, in such a way that you can use this solution a million times over, without ever
doing it the same way twice.”
« Les éléments de ce langage sont des entités appelés patrons. Chaque patron décrit un problème
qui apparaît sans cesse dans notre environnement, et décrit ensuite l’essence de la solution à ce
problème, d’une telle manière que vous pourrez utiliser cette solution un million de fois sans
jamais le faire deux fois de la même manière. »
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(Alexander 1977), traduction : notre recherche
Ce que l’on peut résumer comme :
« Un patron de conception est une solution fréquemment utilisée vis-à-vis d’un problème
fréquemment rencontré. »
(Gholipour 2011)
L’échelle de modèle peut alors dans ce cadre se référer au processus qui permet de transformer un
patron de conception en un design particulier.
A partir des concepts d’échelle de modèle et de patrons de conception, le principe des éco-modèles
a été développé par Vida Gholipour dans le cadre de sa thèse de doctorat (Gholipour 2011).
« Un EM [éco-modèle] forme une solution ou est une forme-solution reconnue de qualité
pouvant être réutilisée de manière efficiente. »
(Gholipour, Bignon, and Morel-Guimaraes 2009)
Gholipour développe trois types de modèles :
-
Les éco-modèles architecturaux (exemple : la forme arrondie)
Les éco-modèles techniques (exemple : la climatisation hydraulique)
Les éco-modèles d’usage (exemple : les usages partagés)
Chacun de ses modèles (elle en recense 40 pour commencer) doit répondre à au moins une cible de
la HQE, comme le montre la figure 19.
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Figure 19 - Exemple de l'éco-modèle "architecture souterraine" (Gholipour, Bignon, and Morel-Guimaraes 2009)
Les différents éco-modèles servent de base de données pour un outil logiciel, éco.mod (ENSA Nancy
and INPL 2012).
3.4.
ESQUAAS
ESQUAAS (ESQUisse Architecturologiquement Assistée par Ordinateur) est « une interface
numérique et architecturologique d’interprétation d’esquisses en modèle 3D » (Lecourtois and Guéna
2009). Ses concepteurs sont partis de l’hypothèse que malgré tous les outils informatiques à sa
disposition, un architecte a encore besoin de passer par un croquis crayonné au début d’un projet
L’ambition finale du logiciel est de pouvoir passer d’une esquisse 2D annotée, réalisée à la main, à un
modèle 3D informatique.
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Concrètement, l’esquisse est réalisée sur une tablette graphique, le logiciel enregistre à la fois le
tracé mais aussi les séquences de croisement de traits et la pression du stylet. Ceci lui permet de
reconstruire un modèle pertinent d’enveloppe du bâtiment.
Figure 20 – Exemple d’utilisation d’ESQUAAS, tiré de (Lecourtois and Guéna 2009)
Le système enrichit ensuite la connaissance de l’utilisateur en lui apportant des éléments. Par
exemple, sur la figure 20, on indique les coordonnées GPS du projet et le logiciel affiche les vents
dominants et la course du soleil aux deux solstices. L’utilisateur peut alors demander au logiciel
d’aligner l’esquisse suivant les vents (dessin de droite). Pour ces manipulations, le logiciel se base
pour cela sur la notion architecturologique d’échelle (Lecourtois 2010).
S’il ne s’agit pas directement d’un outil d’éco-conception, Caroline Lecourtois et François Guéna l’ont
mis en relation avec la réalisation des cibles HQE : (Lecourtois and Guéna 2009).
Cet outil semble être encore en développement.
4. Principes d’organisation pour écoconcevoir
Beaucoup de chercheurs et de praticiens recommandent de travailler sur l’organisation de la
conception pour permettre l’éco-conception des bâtiments. C’est notamment le cas de Christophe
Gobin, Vida Gholipour et Ivanka Iordanova (Gobin 2010; Gholipour 2011; Iordanova 2008).
Iordanova parle de « conception architecturale intégrée » (Iordanova 2008). Elle s’intéresse
particulièrement au lien entre ingénierie et architecture, entre « les connaissances scientifiques de
l’ingénieur » et « la créativité et la sensibilité sociale et culturelle de l’architecte ».
Gholipour parle de « conception collective », dans laquelle elle fait la distinction entre « conception
collaborative » et « conception distribuée » (Gholipour 2011). La première renvoie principalement au
partage des connaissances, la seconde à la répartition des lots de travail avec des objectifs assignés à
chaque acteur.
Gobin énonce la nécessité d’une « collaboration réelle entre les intervenants dans un cadre
participatif de co-développement » (Gobin 2010).
Tout ceci montre l’enjeu d’une collaboration entre personnes de formations, de métiers et de visions
différentes.
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Sur ce sujet, Reifi et Emmitt se questionnent sur l’application de principes du Lean management
pendant les phases de conception pour améliorer le processus et la performance de l’organisation.
Leur étude sur 150 professionnels en Angleterre a montré que 75% d’entre eux n’utilisaient pas cette
approche (Reifi and Emmitt 2013).
Il apparaît donc que des questions sont posées quant à l’organisation du processus. Des voies
d’amélioration sont proposées, qui tendent vers plus de collaboration et l’application de principes
déjà appliqués dans l’industrie manufacturière.
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