Etude de cas allemand

Système de construction modulaire
pour logement multi-générationnel
Montrant l’applicabilité de ce mode de
construction, les résultats ont été obtenus
par des expériences en vraie grandeur sur
des éléments de construction du système.
De plus, un projet de démonstration a été
développé de manière à montrer l’éventail
des possibilités de conception, tant en plan
qu’en élévation.
Le projet inclut la conception et le calcul de
l’ossature principale ainsi que la
démonstration des performances
thermiques du bâtiment conformément à la
directive EnEv (directive relative aux
réductions de consommations d’énergie et
de production de CO2 du bâtiment) ainsi
que les calculs d’isolation acoustique.
La première étape a été de définir la forme
et les dimensions du bâtiment en tenant
compte des exigences du client.
L’adaptabilité, l’efficacité économique et les
performances relatives à l’environnement,
depuis la conception jusqu’à la fin de vie et
la maintenance du bâtiment, en passant par
la préfabrication et le montage, ont été les
principaux aspects qui ont influencé la
conception.
L’acceptation d’un bâtiment résidentiel multi
-étagé, fait d’éléments modulaires de la
taille d’une pièce dépend de questions
relatives à l’espace privé, à la qualité de
l’ouvrage et en particulier celle relative à
l’isolation acoustique.
Une des difficulté identifiée et importante
était de proposer une conception évolutive
au cours des générations en considérant
les aspects de fonctionnalité, de flexibilité et
la liberté de l’usage des espaces.
Un autre but majeur du développement des
systèmes de construction modulaire était
d’augmenter la part de l’acier dans la
construction de bâtiments résidentiels et de
montrer aux propriétaires combien il est
important de protéger l’environnement en
construisant à l’aide d’une technologie
architecturale écologique et économique.
Ce projet a été développé par le bureau d’architectes 3L et a pour but de
créer et développer une maison de génération, conçue à partir de méthodes
de construction modulaire offrant une large part à l’acier et qui s’adapte très
bien à l’évolution de la taille des familles.
Les escaliers relient les éléments entre les différents
niveaux.
“Chaque déménagement amène
son lot de difficultés. Si nous
avons la possibilité de vivre
dans une maison unique mais
évolutive, nous l’utiliserons.”
La famille Hellmund.
L’ACIER DANS LES BÂTIMENTS RÉSIDENTIELS POUR UNE CONSTRUCTION DURABLE

Conception d’un système modulaire
Un bâtiment flexible et à usage variable a été conçu en fonction de
son aménagement en plan. La conception du rez-de-chaussée a
démontré la souplesse de la trame pour les réaménagements à
partir du projet initial, en termes d’espace supplémentaire
nécessaire à la taille future de la famille.
La composition du bâtiment en modules n’est pas exclusivement
influencée par la faisabilité technique et l’utilisation efficace des
matériaux, mais elle dépend aussi des possibilités logistiques. Pour
cette raison, la trame de base repose sur une grille de 3 m x 15 m,
avec l’option de diviser les modules en deux unités de 3 m x 7,5 m.
Pour les variations suivantes, le choix de ne pas avoir des murs
porteurs intermédiaires a permis à l’architecte de développer de
nombreuses solutions en fonction des différents groupes
d’occupants et de leurs types de besoins. L’analyse financière a
conduit à construire le bâtiment sans sous-sol. De plus, un niveau
de bureaux à espace libre a été créé de manière à montrer la
possibilité de flexibilité d’aménagement des niveaux. Les premier et
second étages du bâtiment sont uniquement dévolus à un usage
de logements.
Plan d’insertion montrant l’environnement immédiat
et les espaces d’habitat et de travail.
Façade nord-est avec ascenseur et entrée indépendante à chaque niveau.
Niveau rez-de-chaussée à usage de bureaux et de
locaux techniques.
Premier étage avec deux logements – 4 pièces, salle
de bain et cuisine.
Second étage avec deux logements – 4 pièces avec
salle de bains, salle d’eau et cuisine.
Flexibilité d’agencement intérieur
Conception

Matériaux Largeur
Panneau de béton de fibre 10 mm
Lame d’air ventilée 30 mm
Film pare-vent de marque Tyvek 0,2 mm
Isolation thermique Polysyrol (classe 030) 100 mm
Panneau raidisseur à structure ouverte OSB 15 mm
Laine minérale (isolation thermique classe 030) 100 mm
Film polyéthylène (pare-vapeur) 0,2 mm
Plaque de plâtre 2 x 12,5 mm
Matériaux Epaisseur
Panneau de plâtre 12,5 mm
Panneau à structure ouverte OSB 15 mm
Film polyéthylène 0,2 mm
Laine minérale 100 mm
Panneau rigide de fibre 4 mm
lame d’air ventilée 12 mm
Panneau rigide de fibre 4 mm
Laine minérale 100 mm
Film polyéthylène 0,2 mm
Panneau à structure ouverte OSB 15 mm
Panneau de plâtre 12,5 mm
Possibilités des systèmes modulaires
Vu de l’extérieur, l’utilisation d’un système de construction
modulaire doit être non apparent, plus particulièrement la forme et
les limites de chaque pièce. Le défaut majeur des constructions
modulaires est que l’apparence extérieure peut suggérer à
l’observateur une construction préfabriquée souvent associée à une
impression négative en terme de développement durable et de
performances générales.
L’utilisation de l’acier pour une construction modulaire est profitable
pour le constructeur, le concepteur et le client. Une comparaison
des coûts de construction a montré que ce procédé était 15 % plus
économique qu’une construction traditionnelle. La rapidité de
montage sur site est une question clef, tout autant que la capacité
de réutilisation ultérieure des modules.
L’équipe de conception désirait maximiser l’utilisation des espaces
à chaque niveau. Le système utilisé permet cette flexibilité, comme
illustré ci-dessous. Le bâtiment peut être adapté pour un usage
résidentiel ou tertiaire, aussi bien lors de la conception originale que
pour des réaménagements futurs.
Appartement 1
83,30m²
Appartement 2
76,90m²
Appartement 3
83,97m²
Total
244,17m²
Disposition en plan pour 3 appartements.
La conception des liaisons verticales
et leur intégration dans la construction
des planchers a été très
soigneusement étudiée. Les détails
en coupe horizontale montrent la
liaison entre un séparatif intérieur
entre deux appartements et la paroi
de façade courante. Ce détail a été
conçu pour éviter les ponts
thermiques et acoustiques, en deux
comme en trois dimensions.
Les murs extérieurs d’une épaisseur de 280 mm sont très efficaces
en terme d’isolation acoustique. La valeur du coefficient U
(déperdition thermique) est inférieure à 0,30 W/m2K. Le mur de
séparation a une épaisseur totale de 275 mm, comparable à la
solution classique du double mur en briques.
Avec l’isolation et la lame d’air ventilée, l’épaisseur passe à environ
300 mm, rendant la performance de la paroi bien meilleure en termes
de physique du bâtiment. Bien sûr ces éléments à base d’acier sont
également significativement plus légers que les solutions
traditionnelles.
Détails constructifs
Des détails constructifs ont été créés,
et les études de performance, incluant
une notation de développement
durable, ont été menées. L’étude
principale avait pour but la vérification
des performances en physique du
bâtiment. Des calculs pour l’isolation
acoustique et thermique ont été menés
suivant la législation allemande.
Les détails présentés montrent la situation type pour un angle sortant
de bâtiment et une liaison complexe entre un mur extérieur et un mur
de séparation entre deux modules de logement, intégrant une
isolation acoustique. Les éléments choisis pour réaliser les parois
extérieures éliminent les ponts thermiques tout en apportant une
excellente performance acoustique.
Liaison Mur extérieur / Cloison séparative interne - Description
et dimensions des matériaux utilisés (coupe horizontale) :
Angle sortant de façade - Description des matériaux utilisés de
l’extérieur vers l’intérieur :
Illustration montrant la variété des modules.
Angle de mur
extérieur
Liaison entre un
mur extérieur et
un mur séparatif
Vue de la façade nord-ouest.

Ce projet de démonstration a été
développé dans le cadre d’un contrat
de recherche RFCS 7215-PP-058
et sa valorisation fait partie du projet
RFCS – RFS2-CT-2005-0035.
Comparaison des coûts de construction
Les résultats des évaluations financières sont prometteurs. En
comparaison avec les constructions traditionnelles en Allemagne,
il est possible de bâtir en utilisant la construction modulaire avec
des ressources financières inférieures. Le calcul a été fait pour des
bâtiments existants et a montré que la construction modulaire peut
être 15 % plus économique.
Comparaison – consommation d’énergie électrique
Comparaison des vitesses de construction
Le bâtiment en construction modulaire peut être monté en seule-
ment 25 % du temps total nécessaire pour une construction tradi-
tionnelle en béton ; dans le cas présent, 3 mois au lieu de 12 mois.
Le gain de temps conduit également à un gain financier et un retour
sur investissement plus rapide.
Le Fonds de
Recherche du
Charbon et de l’Acier
de la Commission
Européenne
3L architects +
industrial designers,
Horlecke 46, 58706
Menden
Forschungsvereinigung
Stahlanwendung e.V.
Sohnstraße 65
40237 Düsseldorf, Germany
www.stahlforschung.de
728 m2 x (surface de plancher chauffé) x 11.4 kWh .p.a;
(gain) = 8 299 kWh p.a;
8 229 kWh pa x 0,08 €/kWh = 664 € de gain par année.
(Le calcul est basé sur un coût d’énergie électrique de 0,08 €/kWh)
Etude économique du système modulaire
Etude de faisabilité Coûts du projet
Financement / Ressources
Durée de remboursement : 32 ans et 1 mois 1 045 000 €
Coût d’emprunt par an 38 000 €
Rentrées locatives par an (taux d’occupation de 100 %) 44 000 €
Consommation énergétique
La vue nord-ouest montre la quasi transparence du mur rideau,
construit à l’aide de montants et lisses en acier.
La combinaison d’une façade en acier et verre, avec élément de
remplissage transparent et isolant thermiquement, requise pour
l’esthétique extérieure du bâtiment, conduit à une valeur moyenne
du coefficient U pour le bâtiment inférieure à 0,30 W/m2K.
La consommation d’énergie nécessaire à la production des
matériaux de construction, au processus de préfabrication, dans
l’assemblage et dans la logistique, dans les travaux de maintenance
et durant l’usage du bâtiment, et finalement, lors de la démolition ou
la déconstruction du bâtiment, ont été des thèmes particulièrement
étudiés et évalués. Le résumé est présenté ci-dessous :
Nombre de logements (selon la taille de la famille) 5-8 unités
Surface habitable 728 m2
Volume 3 117 m3
Surperficie du terrain 845 m2
Coût de construction du système modulaire 1140 €/m2
Durée de construction approx : 3 mois
Données caractéristiques du projet
Données techniques
140
120
100
80
60
40
20
0
0
Construction modulaire
Temps de construction en mois
Coût en €/m² TTC
Construction en béton
1 3 5 7 10 122 4 6 9
8 11
9 mois plus rapide
14,4% de
coût en moins 998 €
1 167 €
Période (semaines)
Fondation et plancher de rez-de-chaussée
Montage de modules et des panneaux
Montage des façades et de la toiture
Cloisons (construction sèche)
Finitions et crépis
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Partenaires
Bâtiment Construction Gain
en béton modulaire
Coût de préparation 19 266 € 19 266 -/-
du chantier 100% 100%
Ossature, garde-corps 977 189 € 830 611 € - 146 578 €
et façades 100% 85% - 15%
Coûts rapportés à la
SH de 728 m2 1 342 €/m2 1 140 €/m2 - 202 € /m2
Aménagements 19 865 € 19 865 € -/-
extérieurs 100% 100%
Coûts additionnels, 150 806 € 128 722 € - 22 084 €
frais et assurances 100% 85.3% - 14.7%
Total incluant la TVA 1 167 126 € 998 464 € -168 662 €
-14.4%
Bâtiment Construction Gain
en béton modulaire
Besoins en énergie 79.2 kWh/m2p.a. 67.8 kWh/m2p.a. -11.4 kWh/m2p.a.
100% 86.7% 13.3%
ECONOMIE D’ÉNERGIE ÉLECTRIQUE TYPIQUE POUR UNE
SURFACE D’APPARTEMENT DE 728 M2
Programme de construction pour un bâtiment typique
de 3 niveaux