TECHNOLOGIES D`AVENIR DANS LE BÂTIMENT

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LES PRODUITS
50
TECHNOLOGIES
D ’A V E N I R
D A N S L E B ÂT I M E N T
AVANT-PROPOS
L
es technologies dans le secteur du bâtiment ne cessent d’évoluer, et ce, de plus en plus
rapidement. Cet ouvrage a pour but d’informer les acteurs du secteur des dernières
avancées en la matière et de les sensibiliser aux technologies en développement. Il s’agit
d’un ouvrage de veille technologique qui ne vise pas à qualifier telle ou telle solution. De même la
sélection des technologies d’avenir présentée ici ne constitue pas un classement. Certains aspects
ne sont pas abordés comme les dimensions sanitaire, de cycle de vie ou financière.
La région de Bourgogne est riche en ressources locales. Ces dernières ont été mises en avant, vous
permettant de pouvoir identifier les technologies d’avenir déjà accessibles et celles qui vont être
amenées à se développer à proximité.
Les produits présentés dans cet ouvrage ne le sont qu’à titre d’exemples et n’ont en aucun cas fait
l’objet d’une sélection organisée.
ÉDITO
L
e respect de l’environnement constitue
aujourd’hui l’une de nos préoccupations
majeures,
l’Homme
épuisant
progressivement les ressources naturelles. Des
économies d’énergie et de matières premières
deviennent indispensables. Afin de permettre aux
générations futures de disposer des ressources
nécessaires à leur développement, la France
poursuit les objectifs du Plan Bâtiment Durable
(réduction de 38% des consommations d’énergie
du parc existant en 2020, formation à l’efficacité
énergétique, promotion des éco-matériaux,
gestion des déchets et qualité de l’air intérieur, ...).
Benoît de CHARETTE
Président CCI Bourgogne
Afin de parvenir à ce résultat, de nouvelles
normes de construction et de nouvelles
réglementations thermiques, de plus en plus
exigeantes, permettent d’inciter à améliorer
les performances énergétiques de nouveaux
bâtiments ou, bien encore, de ceux existants. En
parallèle, les utilisateurs sont demandeurs d’un
confort et d’une sécurité toujours plus accrus ainsi
que d’une gestion facilitée des bâtiments depuis
leur programmation jusqu’à leur utilisation, en
passant par leur conception et leur réalisation.
Afin de relever l’ensemble de ces défis, de
nombreuses initiatives voient le jour. En
Bourgogne, le Plan Bâtiments de Demain du
Conseil Régional constitue un outil incitatif et
efficace. La CCI Bourgogne a tenu à contribuer à
ce plan, en particulier sur son volet Innovation.
En effet, les solutions aux défis évoqués viendront
souvent des travaux de recherche scientifique
et des innovations techniques apportées par les
entreprises.
A travers cet ouvrage réalisé par notre service
ARIST, en collaboration avec Bourgogne Bâtiment
Durable et GA2B, nous voulons sensibiliser et
informer l’ensemble des acteurs concernés
directement ou indirectement sur les technologies
nouvelles qui vont durablement impacter les
bâtiments.
Au-delà de la publication de cet ouvrage de veille
technologique, le réseau des CCI continuera à
accompagner les entreprises dans leur évolution
et leur recherche de performance.
SOMMAIRE
LES PRODUITS
Isolants et Régulateurs
thermiques (pages 4 à 15)
PRODUITS D’ORIGINE MINÉRALE
PRODUITS D’ORIGINE VÉGÉTALE
PRODUITS D’ORIGINE ANIMALE
PRODUITS DE SYNTHÈSE
PRODUITS COMPOSITES
LES ÉQUIPEMENTS
Energie - Production (pages 60 à 69)
Parois actives
Vitres solaires
PanneauX solaireS hybrideS
Chaudières micro-cogénération
Systèmes 3 ou 4 en 1
Bois et dérivés (pages 16 à 19)
BOIS THERMO-TRAITÉ
BOIS PLASTIQUE
LES SYSTÈMES
CONSTRUCTIFS
Structure (pages 20 à 37)
PARPAINGS
BAMBOU
Panneaux sandwichs
Panneaux préfabriqués en caisson
Bois croisé
PANNEAUX DE BOIS-CIMENT
CONSTRUCTION Bois-Béton
CONSTRUCTION Bois-Métal
Construction modulaire
Finitions (pages 38 à 41)
Panneaux de paille cartonnés
PEINTURES ET COLLES
Enveloppe (pages 42 à 53)
Murs Rideaux
Façades a double peau
Biofaçades
Isolation translucide des façades
Toitures végétalisées
ARCHITECTURE TEXTILE
Ouverture (pages 54 à 59)
MENUISERIES EXTéRIEURES
Vitrages PERFORMANTS
VitrAGES oPACIFIANTS
Energie - Systèmes
énergétiques (pages 70 à 81)
Cheminées THERMIQUES
Puits climatiques
Ventilation hybride
RAYONNEMENT OPTIMISé
Poutres CLIMATIQUES
RECYCLAGE DE LA CHALEUR DES EAUX GRISES
Energie - Stockage (pages 82 à 87)
STOCKAGE DE L’éNERGIE THERMIQUE
STOCKAGE DE L’éNERGIE éLECTRIQUE
Gestion technique (pages 88 à 108)
Technologies sans fil
Motorisation deS volets et persiennes
Boitiers d’EFFACEMENT de la consommation
éLECTRIQUE
Comptage intelligent
Pilotage de la consommation
Plateformes LOGICIELLES
Maisons connectées
Smart Grid
Smart Community
DE LA MAQUETTE NUMéRIQUE A LA GTB
GLOSSAIRE
Ouvrage rédigé par Emilie JAIMES et Ludovic DENOYELLE, avec le concours de Sébastien FLON (Bourgogne Bâtiment Durable),
de Laurent BOITEUX (Bourgogne Bâtiment Durable) et de Guillaume PIANON (GA2B)
LES PRODUITS
Isolants et Régulateurs thermiques
LES PRODUITS D’ORIGINE
MINÉRALE
Ils sont déjà très répandus et connus. Pourquoi ne pas les rendre
plus respectueux de l’environnement ? Des nouveaux mélanges et
de nouvelles laines permettent d’obtenir de meilleures propriétés.
Les fibres minérales sont de plusieurs types, comme le montre le schéma suivant :
4
Maturité :
Différentes fibres minérales
Les fibres siliceuses sont les fibres minérales les plus utilisées. Ceci s’explique
par les bonnes propriétés thermiques de la silice. Sa conductivité thermique est
inférieure à 40 mW/m.K pour les matériaux les moins performants.
L’isolation minérale est courante, notamment avec la mise en œuvre des laines
minérales sur le marché de la construction de bâtiments. Il en existe trois types :
la laine de verre élaborée à partir de sable, la laine de roche élaborée à partir de
basalte et la laine de laitier élaborée à partir de laitier de hauts-fourneaux. Elles
correspondent à des conductivités thermiques de l’ordre de 30 à 40 mW/m.K.
De part leur constitution, il convient de respecter les prescriptions de pose, par
exemple en terme de protection vestimentaire, pour éviter tout risque sanitaire.
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
BOURGOGNE
LES PRODUITS
Le liant sans formaldéhyde de Knauf Insulation
Lors de leur fabrication, les fibres minérales sont parfois encollées par pulvérisation
de liants phénol-formaldéhyde. Cependant, il s’agit de liants dont l’impact
environnemental et sanitaire n’est pas nul.
Knauf Insulation a déposé un brevet en 2011 concernant un liant alternatif.
Ce dernier, appelé Ecose Technology, est constitué d’un produit polymère, d’un
réactif d’hydrate de carbone et d’une polyamine. Il offre des améliorations de la
performance et des méthodologies de fabrication simplifiées tout en maintenant
des avantages environnementaux.
La gamme G3 d’Isovert
Isovert, marque du groupe SaintGobain, comprend la nouvelle
gamme G3. Les produits G3 sont
constitués de laine de verre 100%
recyclable. De plus, Les laines G3
ont des conductivités thermiques
intéressantes, allant jusqu’à 30 mW/
m.K. Le nom G3 provient de la triple
garantie énoncée par la marque : la
garantie performances, la garantie
environnement et la garantie santé.
Laine de verre.
Crédits photographiques : © brozova - Fotalia.com
5
Promaspray® T, un revêtement d’isolation en laine de laitier
Pour son revêtement d’isolation projeté, Promat a reçu le certificat ACERMI
attestant que Promaspray® T a une conductivité thermique de 43 mW/m.K. Ce
produit est un matériau sec composé de laine de laitier, de liants hydrauliques et
semi-synthétiques et autres adjuvants. Il est présenté sous la forme de flocons.
Afin de prouver les performances de ce produit, Promat a réalisé en collaboration
avec le Centre scientifique et technique du bâtiment (CSTB), une étude portant sur
la comparaison entre les laines projetées et les panneaux de laine de roche. Il a
été démontré, dans les hypothèses considérées, que les déperditions thermiques
de la laine projetée sont jusqu’à 34% inférieures à celles de panneau de laine de
roche.
Microtherm®, un panneau à base d’un mélange opacifié de
silices et de fibres
Microtherm® de Promat est un
panneau à base d’un mélange opacifié
de silices renforcées aux fibres, revêtu
de tissu de verre. Sa conductivité
thermique est faible, de l’ordre de 25
mW/m.K pour un panneau standard.
Distrisol a également une gamme
proposant ce même type de panneau.
Il s’agit d’un mélange de silices
pyrogénées et de fibres opacifiantes.
Cependant,
contrairement
au
produit de Promat, il n’est revêtu de
verre que sur l’un de ses côtés. Sur
l’autre côté est placée une feuille
d’aluminium permettant de limiter
le rayonnement. Sa conductivité
thermique est la même que pour le
panneau Microtherm®.
Sources :
www.inrs.fr
www.knaufinsulation.fr
www.isovert.fr
www.promat.fr
www.distrisol.info
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
LES PRODUITS
Isolants et Régulateurs thermiques
LES PRODUITS
VÉGÉTALE
Maturité :
D’ORIGINE
Connus depuis longtemps mais restés un peu dans l’oubli, les
produits d’origine végétale sont de retour dans les bâtiments.
Issue de matières premières recyclables, l’isolation provenant de
ressource végétale apporte de nouvelles performances.
BOURGOGNE
Choisir des matériaux éco-performants est de plus en plus courant, compte tenu
des exigences environnementales. Parmi eux, l’isolation d’origine végétale existe
depuis très longtemps et elle évolue toujours de nos jours. Ces isolants ont une
conductivité thermique de l’ordre de 40 mW/m.K et ils permettent également de
stocker de la chaleur. Ils proviennent des végétaux suivants : le chanvre, le bois, la
paille, le coton, le textile recyclé, le lin, l’herbe, la ouate de cellulose. Ces produits
d’origine naturelle sont généralement inflammables s’ils ne sont pas traités ou
mis en œuvre dans des conditions assurant leur protection au feu.
Ces produits sont issus d’une matière première recyclable et peuvent généralement
être produits à partir d’une ressource locale. Certains d’entre eux nécessitent
l’adjonction de liants synthétiques.
6
Thermo-Chanvre® PLUS, une isolation en chanvre 100%
naturelle :
La société Hock a développé un matériau isolant composé à 100% d’isolants
naturels : le Thermo-Chanvre® PLUS. Contrairement aux autres produits de Hock,
les fibres liantes à base de polyéthylène ont été remplacées par des fibres à base
d’amidon de maïs. Ce matériau est donc entièrement biodégradable et son bilan
CO2 est très positif.
Isolation en chanvre 100% naturelle
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
Le panneau isolant Diffutherm est
destiné à l’isolation extérieure et
peut être enduit. Le bois utilisé pour
la production de ces panneaux est
issu de la forêt suisse. Aucun liant
synthétique n’est ajouté dans la
fabrication de ce panneau. En effet, la
lignite assure la liaison entre les fibres
de bois des panneaux Diffutherm.
De plus, ces panneaux présentent une
densité élevée et en été, ils peuvent
parfois participer en partie au stockage
de la chaleur dans les parois et, le cas
échéant, la restituer aux moments
plus froids.
Isocell, un isolant thermique recyclé
Isocell est fabriqué à partir de papier journal recyclé constituant la fibre
cellulosique du produit à laquelle sont ajoutés des additifs issus de minéraux.
Cette ouate de cellulose se présente sous forme de flocons et peut être insufflée
dans plusieurs parties d’une habitation : les combles perdus, la charpente, les
murs, les planchers, les dalles et les cloisons intérieures.
Le ballot de paille compressé
Gramitherm®, l’isolation à
base de laine d’herbe
C’est en Suisse que Stefan Grass a
inventé le panneau à base d’herbe de
prairie. Les fibres de liaison sont à base
d’amidon, ce qui fait de ce produit
un isolant 100% naturel. L’herbe
est utilisée de façon efficace. A titre
indicatif, un hectare de prairie permet
de produire 200 m3, soit l’équivalent
de l’isolation de 7 maisons familiales.
Ce panneau constitue un bon
régulateur thermique et a une
durée de vie de 50 ans. Il demande
également peu de consommation en
énergie lors de sa fabrication. Comme
pour tous les panneaux isolants, il est
cependant conseillé de l’appliquer
en deux couches croisées afin de
diminuer les risques de passage d’air
et certains ponts thermiques.
LES PRODUITS
Diffutherm, un panneau en fibres de bois enduisable
L’isolation en ballot de paille est née au Nebraska aux Etats-Unis il y a près de 200
ans. Il s’agit d’une botte de paille entièrement sèche et compressée, et composée
de tiges fortes et flexibles. La paille est un matériau naturel et abondant. Elle est
issue de la culture des céréales.
Les maisons isolées avec des ballots de paille compressée sont composées de
trois parties : la charpente autoportante, en murs à ossature bois dans lesquels
sont déposés les ballots de paille sur lesquels on applique un enduit de mortier.
Cotonwool, un isolant
souffler en textile recyclé
7
à
Cotonwool d’Isonat, est un isolant
constitué à 90% de fibres textiles
(principalement du coton) issues de
la valorisation de tissus usagés. Les
10% restants sont des sels minéraux
utilisés pour le traitement ignifuge
du produit. Le coton recyclé permet
de garder ses performances isolantes
même en présence d’humidité
ambiante. Isonat Cotonwool est
un produit alternatif permettant
l’isolation des combles perdus.
Ballots de foin. © Traumrune / Wikimedia
Commons / CC-BY-3.0
Coton recyclé. Crédits photographiques :
© minicel73 - Fotolia.com
Métisse®, une laine de textiles recyclés
Cet isolant fabriqué par « Le Relais » est une laine issue de vieux textiles composée
d’environ 60% de coton et de 20% de tissus synthétiques. Environ 15% de liants
en polyester y sont ajoutés. Ainsi, parmi les vêtements récoltés par «Le Relais»,
ceux qui ne sont pas en état d’être réutilisés peuvent avoir une deuxième vie.
Métisse® s’utilise pour les murs, la toiture, les cloisons et les planchers. Le produit
permet une isolation thermique et acoustique du bâtiment. Enfin, il s’agit d’un
isolant sans formaldéhyde, sans composants organiques volatiles (COV) et sans
sels de bore.
Sources :
www.votreisolation.com
www.thermo-hanf.de
www.ecohabitation.com
www.pavatex.fr
www.gramitherm.ch
www.isocell.at
www.isonat.com
www.isolationmetisse.com
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
LES PRODUITS
Isolants et Régulateurs thermiques
LESPRODUITSD’ORIGINEANIMALE
De la laine de mouton ou de plumes de canard en guise
d’isolation ? Cela est courant dans l’habillement. Ces produits
recyclés et recyclables possèdent parfois de bonnes propriétés
hygrothermiques utiles dans le secteur du bâtiment.
L’isolation d’origine animale est moins courante que les autres types d’isolation.
Elle comprend principalement la laine de mouton et la laine de plumes de canard.
8
Maturité :
La laine de mouton est la plus
utilisée de ces deux isolants d’origine
animale. Elle est connue pour résister
au froid et au chaud en garantissant
la perméabilité à la vapeur d’eau.
Sa conductivité thermique est de
l’ordre de 35 à 40 mW/m.K. Elle peut
être utilisée pour isoler les murs, les
cloisons ou les combles. Après avoir
été prélevée sur l’animal, la laine est
lavée au savon et à la soude pour
éliminer les impuretés et elle subit
des traitements contre le feu et la
présence d’insecte. Ce produit est
disponible en vrac, en rouleaux, en
panneaux ou en feutre.
Laine de mouton sous forme de rouleau
Plume de canard
La laine en plumes de canard est
destinée à l’isolation des murs, des
combles et du sol entre deux étages.
Elle n’est pas seulement constituée
de plumes de canard (70%) mais
également de laine de mouton
(10%) et de fibres de polyester (20%)
qui agissent en tant que liants. La
conductivité thermique est de l’ordre
de 35 à 42 mW/m.K. Ce produit est
issu de la valorisation de déchets et
est facilement recyclable.
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
BOURGOGNE
LES PRODUITS
Le produit en vrac de la gamme Naturlaine®
La gamme Naturlaine® de Thor est
composée exclusivement d’isolants
en laine de mouton. La laine est
considérée comme un bon isolant
car il s’agit d’une fibre creuse qui
piège l’air dans sa structure. Thor
propose un produit en laine de
mouton présenté sous forme de
fibres longues et de particules de
feutres cardés. La longueur de la fibre
permet une gestion de l’humidité
tandis que le feutrage naturel résiste
au tassement. Etant donné que ce
produit ne nécessite pas de liant,
il est garanti être sans polyester.
Naturlaine® s’engage à ce que la
laine soit d’origine française et donc
qu’elle ne parcourt pas plus de 1230
km pour être appliquée dans des
habitations en France, ce qui limite la
consommation en énergie « grise ».
Laine de mouton en vrac à insuffler
9
Fibra Natur, le rouleau en laine de mouton de So.Tex.Tho
Fibra Natur est une gamme qui propose notamment un rouleau composé à 100%
par de la laine de mouton. Il ne contient aucune fibre synthétique et est donc
totalement recyclable et compostable, ce qui est environnementalement positif.
Ce rouleau permet d’obtenir une conductivité thermique de 40 mW/m.K et a
également de bonnes capacités en termes de régulation hygrométrique. Il est
principalement utilisé pour les planchers.
Batiplum, l’isolation en plumes de canard
La société Batiplum est spécialiste de l’isolation en laine de plumes de canard.
Elle propose trois gammes : Batiplum Mur destinée à isoler les parois verticales,
Batiplum Toiture destinée à isoler les combles et Batiplum Sol. Les deux premières
gammes correspondent plutôt à une isolation thermique et la troisième à une
isolation acoustique entre deux étages. Les gammes Batiplum ont une isolation
thermique, acoustique et hygrométrique intéressante.
Afin de débarrasser les laines de toute matière allergène, les plumes sont
traitées à 150°C par la société Nap’tural. Ainsi donc, cette entreprise de lavage
et de traitement des plumes garantit que l’isolant répond aux normes textiles
européennes.
Sources :
www.toutsurlisolation.com
www.enviroboite.net
www.naturlaine.com
www.fibranatur.com
http://users.telenet.be/batiplum/
mur.html
Enfin, Batiplum propose des produits résilients, gardant leur volume et leur forme
d’origine. Leur pose se fait sans protection particulière et est très simple au vue
de leur souplesse.
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
LES PRODUITS
Isolants et Régulateurs thermiques
LES PRODUITS DE SYNTHESE
De plus en plus performantes, les dernières technologies mises au
point, tels que les aérogels ou les panneaux sous vide, ouvrent la
voie à des applications multiples et originales.
Les produits de synthèse évoluent sans cesse et sont source de nombreuses
innovations. Ils nécessitent à priori beaucoup plus d’énergie « grise » que les
produits d’origine animale ou végétale. De plus, certains d’entre eux, peu connus
comme les aérogels ou les PIV, ont un prix qui reste très élevé (40 à 60 € le m²
pour les PIV).
L’isolation en polystyrène extrudé
(XPS)
tient
ses
performances
thermiques des cellules fermées
remplies d’air qui le composent. Cette
résistance thermique ne se dégrade
pratiquement pas avec le temps,
même en présence d’humidité. En
effet, toujours grâce à ses cellules
fermées, le polystyrène extrudé est
résistant à l’eau et à la vapeur d’eau.
De plus, il s’agit d’un isolant léger et
résistant à de fortes compressions.
Sa conductivité thermique est de 35
mW/m.K.
10
Maturité :
Matériau en polystyrène extrudé
L’isolation en polystyrène expansé (PSE) est constituée à 98% d’air. Il est obtenu
par polymérisation du styrène en présence de pentane comme agent d’expansion.
Il est ensuite transformé et moulé en PSE en présence de vapeur d’eau. Tout
comme le polystyrène XPS, il est résistant à l’humidité. Sa conductivité thermique
est de l’ordre de 40 mW/m.K.
Isolant à base d’aérogel de silice
Les aérogels sont des matériaux
solides, poreux et connus pour leur
très faible densité. L’aérogel de silice,
le plus performant de nos jours, est
seulement deux fois plus lourd que
l’air. Pour comparaison, il est environ
dix fois plus léger que le polystyrène
expansé. Les aérogels sont dérivés à
partir de gels et contiennent du gaz
à la place du liquide dans leurs pores.
Ils peuvent être fabriqués à partir
d’une grande variété de substance :
silice, métaux, polymères organiques,
carbone,… L’aérogel de silice est le
plus étudié. Sa conductivité thermique
est de 16 mW/m.K.
Les matériaux à changement de phase (MCP) sont des matériaux capables
d’absorber une partie de la chaleur lorsque la température augmente et de la
restituer lorsque la température diminue en changeant de phase. Un MCP est donc
un régulateur de température qui est capable d’emmagasiner sur une épaisseur
d’1 cm autant de chaleur qu’une brique de 9 cm.
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
BOURGOGNE
LES PRODUITS
Les Panneaux isolant sous vide (PIV)
sont constitués d’un noyau isolant
placé entre deux pellicules étanches
réflectrices et mis en dépression. Ils
doivent être posés entre deux lames
d’air non ventilées et ayant une
épaisseur de 2 cm. Leur coefficient de
conductivité thermique est de l’ordre
de 40 à 50 mW/m.K.
Panneau isolant sous vide
11
Jackodur Plus, un isolant en polystyrène extrudé
Jackon Insulation propose un isolant en mousse de polystyrène extrudé « Jackodur
Plus ». Celui-ci a une conductivité thermique de 27 mW/m.K. Cette conductivité
est faible comparé aux conductivités standard d’un isolant XPS, ceci étant dû à la
présence du gaz isolant HFO-1234ze dans les pores de la mousse.
La
mousse
d’Icynène
expansée
Icynène
propose
une
mousse
d’isolation projetée et expansée à
100% en base aqueuse. A priori,
cette mousse ne contient donc
aucun gaz nocif pour la santé, aucun
formaldéhyde et aucun composé
organique volatil. Les mousses
Icynène n’absorbent pas l’humidité.
De plus, elles sont un bon isolant
thermique et bloquent les infiltrations
d’air. Enfin, elles ne se tassent pas et
ne se dégradent pas dans le temps.
L’aérogel Nanogel®
L’aérogel Nanogel® est un isolant
thermique et acoustique à base de silice
hydrophobe. Il peut être inséré dans
des systèmes d’éclairage naturel pour
toitures et façades en polycarbonate,
polyester ou en verre. Il permet de
diffuser la lumière tout en évitant
les problèmes d’éblouissement. La
conductivité thermique de cet aérogel
est de l’ordre de 12 mW/m.K. Il est
notamment utilisé dans les produits
d’Isol Products ou d’Ecodis.
Thermoperles®, une isolation pour les murs creux
Les Thermoperles® sont des granulats
de polystyrène qui sont expansés
dans un premier temps, puis graphités
afin d’améliorer les caractéristiques
thermiques et acoustiques du
matériau. Ce matériau est injecté
dans les murs creux avec de la colle,
ce qui permet de fixer les granulats
entre eux. Sa conductivité thermique
est de 34 mW/m.K.
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
LES PRODUITS
Neopor®,
l’isolant
en
polystyrène expansé de BASF
Neopor® est constitué de perles de
granulés de polystyrène qui sont
expansées et transformées en blocs
de mousse gris argentés et découpés
en panneaux. La couleur grise est
due à la présence de graphite qui va
absorber et réfléchir le rayonnement
thermique. Ce réflecteur réduit la
conductivité thermique du panneau
et, par conséquent, son épaisseur.
Cela permet donc de faire des
économies de matériau, ce qui a pour
conséquence de réduire les besoins en
ressources et, ainsi, les émissions de
CO2. Ce matériau peut être utilisé tant
en isolation extérieure qu’intérieure,
pour les toitures, les sols ou, bien
encore, comme élément de coffrage.
Étapes de la transformation du Neopor® (en
haut les granulés de polystyrène, au milieu les
granulés de polystyrène expansés, et, en bas le
panneau en mousse)
Fixit 222 Aérogel, le crépi aérogel d’Empa et Fixit SA
12
L’entreprise suisse Fixit, en collaboration avec le laboratoire Empa, a développé
un crépi, formé à 5% de silicate et le reste d’air, aussi performant qu’un panneau
de polystyrène. La conductivité thermique est inférieure à 30 mW/m.K, ce qui
confère à ce crépi un pouvoir d’isolation doublement supérieur à celui d’un crépi
classique.
Comparaison de la conductibilité thermique de crépis actuels
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
LES PRODUITS
Energain®, le panneau en cire de paraffine de DuPont Nemours
Le panneau Energain® est constitué
d’aluminium laminé comprenant un
matériau à changement de phase. Ce
matériau est un mélange de polymère
et de cire de paraffine. Le changement
de phase intervient pour une
température de 22°C, température à
laquelle la cire passe d’un état solide
à un état liquide. Lorsque la cire est
dans son état liquide, elle absorbe
la chaleur. Lorsqu’elle se change en
solide, elle restitue la chaleur.
Vacupor® et va-Q-vip, les gammes de panneaux VIP de
Porextherm et de va-Q-tec
Vacupor® est une gamme de panneaux VIP issue de Porextherm, et va-Q-vip
est issue de va-Q-tec. Les panneaux sont constitués des mêmes éléments. Les
gammes Vacupor® et va-Q-vip combinent les propriétés des matériaux d’isolation
microporeux avec les avantages des PIV. De cette manière, ces panneaux ont une
conductivité thermique extrêmement basse, de l’ordre de 5 mW/m.K. De plus, ils
sont résistants à la pression grâce à la présence de fibres de silice intégrés dans
leur noyau. Le panneau est recyclable et le noyau est produit sans émissions de
gaz à effet de serre.
13
va-Q-vip, le panneau VIP de va-Q-tec
Sources :
www.xps-isolation.fr
www.aerogel.org
www.materiaux-changement-phase.com
www.isolation.durable.com
www.jackon-insulation.com
www.neopor.fr
www.icynene.fr
www.isolproducts.com
www.fixit.ch
www.energain.fr
www.porextherm.com
www.va-q-tec.com
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
LES PRODUITS
Isolants et Régulateurs thermiques
Maturité :
LES PRODUITS COMPOSITES
Une association de matériaux permet une complémentarité
des propriétés thermiques et acoustiques. Trouver de nouvelles
combinaisons de plus en plus performantes, tel est l’objectif
recherché.
BOURGOGNE
L’intérêt principal des produits composites réside dans les capacités à associer
les propriétés les plus avantageuses des différents composants. Dans le cas où
ils sont utilisés comme enduits, ils le sont souvent à base de chaux à laquelle est
ajouté un mélange d’un ou plusieurs autres composants. La chaux participe au
transfert d’humidité tout en favorisant les échanges hygrothermiques.
Diathonite Evolution, l’enduit
de Diasen
14
Au regard de la réglementation, ces produits composites correspondent plus
souvent à des régulateurs thermiques qu’à des isolants. On les utilise donc de
préférence comme compléments d’isolation thermique du bâti et/ou éléments
d’optimisation du confort hygrothermique des usagers.
Les enduits chanvre Tradical®
Tradical® est un matériau constitué
de chaux aérienne. Mélangé à du
Chanvribat®, composé de granulats
de chanvre, un enduit chaux-chanvre
hygrothermique est obtenu. Ce
mélange s’effectue tout simplement
à l’aide d’une bétonnière et l’enduit
est réalisé en plusieurs passes. Il
s’applique à l’intérieur comme à
l’extérieur.
Composés du mélange pour obtenir de l’enduit chanvre Tradical®
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
Diathonite évolution est un enduit
composé de chaux naturelle, de liège,
d’argile et de poudres diatomées. Il
s’applique sur des briques thermiques.
Sa conductivité thermique est de 45
mW/m.K et sa résistance à la vapeur
d’eau est de 4. L’application de cet
enduit peut-être très rapide lorsqu’il
est projeté à l’aide d’une pompe.
Isolteco®, l’enduit de chaux
et polystyrène d’Edilteco
Isolteco® est un enduit isolant
destiné à être projeté sur les façades
intérieures
et
extérieures
des
bâtiments. Il est composé de chaux
mélangée à des billes de polystyrène
expansées. Afin d’obtenir la résistance
thermique souhaitée, il suffit de
l’appliquer en plusieurs couches.
Sa conductivité thermique est de
l’ordre de 58 mW/m.K. Il permet
également de corriger les défauts de
planéité importants ou, bien encore,
de réhabiliter des façades dégradées.
Cet enduit est perméable à la vapeur
d’eau et résistant dans le temps.
LES PRODUITS
Cet enduit possède des propriétés isolantes. Sa conductivité thermique est de
l’ordre de 150 à 170 mW/m.K. Il peut donc être réalisé pour améliorer le confort
et l’inertie thermiques, l’isolation acoustique et corriger les défauts de planéité
importants.
Exemple de mur avec l’enduit chanvre Tradical®
HAGA Biotherm®, un enduit de chaux et de granulés de liège
HAGA Biotherm® est un enduit isolant composé de granulés de liège légers et de
liants constitués d’hydrate de chaux ainsi que de ciment blanc. Il est applicable
sur les parois extérieures et intérieures des bâtiments. Il constitue une protection
contre les moisissures grâce à une alcalinité naturelle (pH compris entre 11 et 12),
les moisissures ayant besoin d’un pH neutre pour se développer. Pour appliquer
HAGA Biotherm sur des murs de cave, qui sont plutôt humides et propices au
développement de moisissures, l’enduit ne contient alors aucun granulé de liège
afin d’avoir une résistance absolue contre les moisissures et une évaporation plus
aisée de l’eau présente dans les murs humides. Sa conductivité thermique est
d’environ 70 mW/m.K.
15
Sources :
www.diasen.com
www.bcb-tradical.com
www.edilteco.fr
www.haganatur.ch
Structure du système proposé par HAGA
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
LES PRODUITS
Bois et dérivés
LE BOISTHERMO-TRAITÉ
La technique consistant à durcir le bois en le soumettant à de hautes
températures est extrêmement ancienne. La maîtrise correcte de
cette technique est beaucoup plus récente mais le résultat est
particulièrement performant pour les lames de terrasse et es
bardages.
Le bois thermo-traité est de plus en plus demandé pour des raisons écologiques,
économiques, de qualité et surtout de durabilité. Le bois thermo-traité est tout
simplement du bois « cuit » sans addition d’un quelconque produit chimique. Il
existe trois méthodes pour obtenir ce bois : la pression atmosphérique, le sousvide et la sous-pression.
Durant ce traitement, tous les composés biochimiques du bois vont être modifiés,
ce qui permet au bois d’acquérir de nouvelles propriétés comme une meilleure
isolation thermique, une meilleure rigidité, une meilleure résistance aux insectes,
une meilleure stabilité et une diminution de la contrainte de rupture.
Le marché du bois thermo-traité ne bénéficie pour le moment d’aucune
certification. Mais France Bois Forêt finance actuellement une étude pouvant
déboucher sur celle-ci.
Néanmoins le bois thermo-traité n’est pas utilisable pour élaborer des éléments
de structures (poutres).
16
Thermoprocess®, le procédé de Bois Durables de Bourgogne
Bois Durables de Bourgogne propose aux professionnels de la filière bois le
procédé Thermoprocess® qui permet de traiter thermiquement le bois de façon
100% naturelle. Afin de modifier les propriétés du bois, celui-ci est traité à haute
température dans un milieu contrôlé en oxygène et humidité.
Etapes du procédé Thermoprocess®
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
Maturité :
LES PRODUITS
L’apport en vapeur d’eau au niveau de la deuxième étape évite au bois de se
carboniser. La phase de chauffage, présente au niveau de la dernière étape, est
courte et permet une ré-humidification du bois thermo-traité.
Bois durables de Bourgogne regroupe six partenaires : Fuyet Père et Fils, les Scieries
Réunies du Chalonnais, Barlet Frères SA, le groupe Petitrenaud, le groupe Ducerf et
Margaritelli Fontaines SAS.
La gamme Côtéparc de Ducerf
L’entreprise bourguignonne Ducerf,
partenaire de Bois Durables de
Bourgogne, applique le procédé
Thermoprocess® pour sa gamme
extérieure
Côtéparc.
Cette
gamme offre différentes solutions
d’aménagements extérieurs dont
des bardages pour les façades de
bâtiments. Les bois sont des bois
locaux et font partis des feuillus :
chêne, frêne ou peuplier. Suivant
l’essence choisie, le bois sera plus ou
moins clair. De plus, différents profils
sont proposés : claire-voie, rectangle,
arrondi, plat,… La société Ducerf est
certifiée PEFC qui garantit que le
matériau bois est issu de forêts gérées
durablement.
17
Exemple de bardage réalisé par la société Ducerf
Les lames de terrasse de Margaritelli Fontaines SAS
La société bourguignonne Margaritelli Fontaines SAS, partenaire de Bois Durables
de Bourgogne, propose des lames de terrasse en frêne thermo-traité. Les lames
sont des éléments profilés sur deux côtés. Le frêne provient de forêts françaises
gérées durablement. La société est donc certifiée PEFC. Ces lames, dont l’essence
a été traitée thermiquement, sont résistantes aux champignons et peuvent être
appliquées dans des conditions extérieures, sans contact avec le sol.
Sources :
www.boisdurablesdebourgogne.fr
www.ducerf.com
www.dumoulin-bois.fr
Lames de terrasse en bois thermo-traité
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
LES PRODUITS
Bois et dérivés
Maturité :
LE BOIS PLASTIQUE
Ce mélange de bois et de plastique permet d’associer les propriétés
de ces deux produits et d’en faire des éléments d’architecture
extérieure demandant moins d’entretien que le bois conventionnel.
BOURGOGNE
Le bois plastique aussi appelé
Wood Plastic Composites (WPC)
fait partie des bois composites.
Il est un matériau constitué d’un
polymère et de particules de bois.
Trois plastiques prédominent ce
marché: le polyéthylène en Amérique,
le polypropylène en Europe et le
polychlorure de vinyle en Asie. Les
particules de bois peuvent être des
fragments, de la sciure, des fibres ou
de la poudre. Le plastique entoure et
unit les particules de bois afin que le
matériau devienne imperméable. A
l’aide d’additifs, les propriétés du bois
plastique peuvent être différentes : il
peut être transformé ou moulé.
18
Bois plastique, utilisé comme lames de terrasse
Le bois plastique garde une majorité des qualités du bois tout en ayant une
durabilité améliorée grâce à la présence du plastique. De plus, il n’a besoin
d’aucun traitement, et il résiste aux fissurations et à l’action des insectes tout
en permettant une haute stabilité thermique. Il est essentiellement utilisé pour
l’extérieur des bâtiments.
Bois plastique utilisé comme bardage de bâtiments
Toutefois, la plupart des bois plastiques sont fragiles face aux changements
climatiques et certains le sont aux ultraviolets. Il est nécessaire de les protéger
avec une surface de finition et voire qu’ils soient traités aux anti-ultraviolets avant
extrusion.
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
LES PRODUITS
Woodforce, le renforcement en bois d’une matrice polymère de
Sonae Industria
Woodforce est un matériau composé en fibres de bois longues et d’une matrice
polymère. Le bois permet d’agir en tant que renforcement mécanique pour
le thermoplastique. Woodforce est un matériau recyclable comportant de
nombreux avantages, notamment une économie de poids et de coût avec de
nouvelles opportunités de design. Il est disponible sous deux apparences : celle du
bois naturelle ou une version en noir après traitement avec des pigments.
Elatur®, le bois plastique d’Evonik
Le groupe allemand Evonik a obtenu
la publication d’un brevet pour
l’invention d’un bois plastique en
2013. Cette invention, maintenant
évoquée sous le nom d’Elatur®, est en
fabrication dans l’usine Marl Chemical
Park en Allemagne.
Elatur® est utilisé comme matériau
de construction pour l’extérieur. Le
brevet présente un matériau composé
de bois qui permet la flexibilité et la
résistance mécanique du matériau,
de poly(alkyl)(meth)acrylate et d’un
thermoplastique ayant une excellente
résistance
aux
changements
climatiques. Ce thermoplastique peut
diminuer de 30% l’absorption en eau.
Pour la fabrication de ce matériau,
le procédé peut fonctionner à des
températures inférieures à 225°C, ce
qui permet d’éviter les dommages
causés sur les particules de bois et
une réduction des coûts énergétiques.
Le matériau est extrudé avec environ
70% de bois (le procédé permet
d’aller jusqu’à 80%) à environ 205°C.
Ainsi, Elatur® peut être utilisé sans
avoir besoin d’être enduit d’une
surface de finition généralement
utile pour la plupart des bois
thermoplastiques non résistants aux
changements climatiques.
Sources :
www.woodbusinessportal.com
www.woodforce.com
www.corporate.evonik.com
Il est également doté de grandes
stabilités dimensionnelles dues à sa
grande résistance mécanique.
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
19
LES SYSTÈMES CONSTRUCTIFS
Structure
Maturité :
LES PARPAINGS
Même sur un produit aussi ancien que le parpaing, des innovations
qui permettent d’offrir de nouvelles performances sont possibles.
Les parpaings sont très connus et utilisés de nos jours. Servant à la construction
dans le domaine de la maçonnerie, ils peuvent être fabriqués à partir de divers
matériaux comme l’argile, le chanvre, la pierre ponce, la terre cuite, le bois pour
n’en citer que certains. On les retrouve sous forme de blocs ou de briques. Il s’agit
souvent de matériaux recyclables.
Même s’ils sont utilisés depuis un certain temps, les parpaings connaissent
quelques innovations intéressantes.
Ce matériau a généralement une faible résistance thermique. Il convient donc d’y
ajouter ou d’y intégrer une couche d’isolation thermique.
Thermoruptor®, le béton cellulaire de Cellumat
Thermoruptor® est un bloc de béton cellulaire composé de plus de 70% d’air
enfermé dans des cellules formant la structure du matériau. Ces cellules sont
composées d’eau, de sable, de ciment et d’aluminium sous forme de poudre ou
de pâte. La conductivité thermique de ce parpaing est de l’ordre de 125 mW/m.K.
Il est également étanche à l’air, ceci étant dû à une structure pleine du bloc ainsi
qu’à des joints minces collés.
BOURGOGNE
Fabtherm® 2,4, le bloc
en pierre ponce de Fabemi
Fabtherm® 2.4 est un bloc creux
thermique constitué de béton,
de pierre ponce et de polystyrène
expansé intégré à l’intérieur. La
présence du nombre 2.4 dans le nom
du parpaing s’applique par le fait qu’il
correspond à la résistance thermique
du bloc. D’un poids de 13 kg, ce bloc
est relativement facile à manier et à
transporter.
20
Un bloc Fabtherm® 2,4
Coupe d’un plancher intermédiaire Thermoruptor®
Thermoruptor® s’utilise au niveau des dalles de planchers bas et intermédiaires.
Les murs peuvent être de plusieurs étages car le parpaing résiste bien à la compression. La mise en place de ce matériau n’engendre à priori pas de surcoût.
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
LES SYSTÈMES CONSTRUCTIFS
Une brique issue des déchets papetiers
de l’Université de Jaén
Les scientifiques de l’Université de Jaén en Espagne ont trouvé un moyen original
de recycler les déchets papetiers. Ces derniers, mélangés à de la boue issue
de stations d’épuration et à de l’argile, permettent de fabriquer des briques à
faible conductivité thermique agissant comme de bons isolants. Celles-ci ont de
meilleures performances thermiques que les briques conventionnelles. Lors de leur
fabrication, elles peuvent être produites selon deux manières : la pressurisation ou
l’extrusion.
Cependant, ces briques présentent une faible résistance à la compression
comparée aux briques traditionnelles.
L’équipe de scientifiques est actuellement en train d’effectuer de nouveaux tests
concernant l’amélioration possible des briques en y intégrant les déchets issus
d’industrie de production de bières ou d’olives.
21
Les briques issues des déchets papetiers fabriquées à l’université de Jaén
La brique Monomur MZ8
de Bellenberg
La brique MZ8 est une brique de terre
cuite à alvéoles dans lesquelles sont
intégrés des coussins de laine de
roche. Cette laine est connue pour
ses capacités d’isolation thermique
et phonique. Le transfert de la vapeur
d’eau s’effectue au niveau des parois
des briques qui sont poreuses. La
brique Monomur MZ8 présente une
résistance thermique de 5,39 m².K/W
pour une épaisseur de 42,5 cm, soit
une conductivité thermique de 79
mW/m.K.
Sources :
www.cellumat.fr
www.fabemi-structures.com
www.inhabitat.com
www.monomur-bellenberg.fr
Brique Monomur MZ8 de Bellenberg
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
LES SYSTÈMES CONSTRUCTIFS
Structure
Maturité :
LE BAMBOU
Avez-vous déjà essayé de tordre une tige de bambou ? Cette
dernière est très résistante, mécaniquement parlant. D’aspect
exotique, renouvelable, abondant, … de nombreux atouts sont
réunis pour lui permettre d’être de plus en plus utilisé pour la
construction de nouveaux bâtiments.
Issu de la famille des graminées, le bambou provient principalement des régions
tropicales et subtropicales. Pour autant, on trouve de grandes bambouseraies
dans le Sud de la France. Le bambou propose des atouts indéniables pour la
construction. Dotées d’une grande résistance mécanique à la compression, au
cisaillement, à la tension et à la flexion, les constructions en bambou peuvent
résister aux séismes et aux ouragans lorsqu’elles sont correctement assemblées.
Le bambou est également appelé l’« acier vert », nom dû à sa haute teneur en
silice qui lui confère une grande solidité. A titre d’exemple, le bambou est 30%
plus dur que le chêne. Ce bois de construction est également plus résistant aux
attaques fongiques ainsi qu’à la combustion.
22
Cathédrale de Peireira, sanctuaire provisoire. Architecte : Simón Vélez.
Crédits photographiques : © Deidi von Schaewen
D’un point de vue environnemental,
le bambou est l’un des matériaux
les moins énergivores. Pour créer un
bâtiment en bambou, il faut huit fois
moins d’énergie que pour en créer un
en ciment. Il permet également de
fixer 30% de CO2 de plus qu’un arbre
feuillu et libère 30% d’O2 en plus. Sa
plantation permet d’améliorer entre
autres l’infiltration de l’eau dans le sol
et de limiter l’érosion de ce dernier.
Ce matériau est parfois commercialisé
alors qu’il est mal ou non traité, ce
qui peut éventuellement conduire à
une détérioration dans le temps. Il
faut donc s’informer sur la qualité du
produit.
Pavillon Manizalès à Hanovre. Architecte : Simón Vélez.
Crédits photographiques : © Deidi von Schaewen
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
LES SYSTÈMES CONSTRUCTIFS
Le préfabriqué en bambou de Chalet & Bamboo
Chalet & Bamboo, basée en Thaïlande,
est une société proposant des
modules préfabriqués en bambou.
C’est grâce à la légèreté de ce bois
que la préfabrication est possible. La
surface des modules peut aller de
moins de 20m² jusqu’à 40m² et plus si
nécessaire. Chalet & Bamboo conseille
ses modules pour :
les particuliers comme extension
de maison, chambre d’amis ou,
bien encore, un bureau ;
• les professionnels du tourisme
qui peuvent les utiliser pour les
campings ou les hôtels.
•
La gamme de panneaux et placages en bambou de Moso
International
Moso International propose de nombreux produits de construction en bambou
dont une gamme de panneaux et de placages. Cette gamme comprend
notamment un rouleau en bambou qui peut être utilisé pour le revêtement de
murs. Il s’agit d’un produit flexible à base de bambou, généralement placé sur
un matériau support. Ce rouleau est facile à poser et associe l’esthétique à la
flexibilité. Il est composé de lamelles reliées entre elles, et non pas pressées. Il
est disponible dans trois styles différents. Le Tatamat est en lamelles reliées par
du tissu. Le Panda est fabriqué à partir de lamelles assemblées au dos par de la
bande adhésive. Le Zen est, quant à lui, constitué de lamelles fabriquées à partir
de placage de bambou.
23
Les trois styles de rouleau en bambou de Moso International
Sources :
www.generation-bambou.org
www.chalet-bamboo.com
www.moso-bambou.fr
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
LES SYSTÈMES CONSTRUCTIFS
Structure
LES PANNEAUX SANDWICHS
Maturité :
Associer les propriétés de matériaux différents afin d’obtenir de
meilleures performances, tel est la logique suivie par les panneaux
sandwichs. De nouvelles associations, plus inventives les unes que
les autres permettent de construire des bâtiments plus efficaces.
Comme l’indique son nom, un panneau sandwich est constitué de plusieurs
couches et permet l’association de matériaux. Il comprend généralement
deux parements (extérieur et intérieur) au milieu desquels se trouve une âme
isolante. Ces couches sont solidarisées par adhérence ou par collage. Cette
association permet d’obtenir de meilleures propriétés en termes d’isolations
thermique et acoustique ou, bien encore, de résistance mécanique, de résistance
à l’environnement extérieur, …
L’association doit se faire entre matériaux ayant des propriétés complémentaires
afin que le panneau sandwich final soit le plus performant possible.
Eurotoit®, un panneau pour l’isolation thermique des toitures
par l’extérieur
24
Eurotoit® de Recticel Insulation est
un panneau composé d’une âme en
mousse de polyuréthane rigide et
sur chacune de ces faces est placé
un parement étanche composite.
Ce parement est constitué
de
polyéthylène, de kraft et d’aluminium.
L’aluminium permet de réfléchir le
rayonnement thermique. Une lame
d’air ventilée permet l’évacuation
de la chaleur du toit. Eurotoit® se
rapproche d’un panneau sandwich.
Ce panneau constitue une isolation
thermique avec une conductivité de
l’ordre de 23 mW/m.K.
Pose sur chevrons de panneaux Eurotoit®. Crédits photographiques : © Recticel Insulation
Pose de panneaux Eurotoit® pour l’isolation extérieure du toit. Crédits photographiques : © Recticel
Insulation
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
Structure du procédé Keps.
Crédits photographiquess : © KEPS
Le procédé Keps du groupe Vicat
permet d’isoler à l’extérieur comme à
l’intérieur tout en construisant un mur
en une seule opération. Il est constitué
de deux panneaux de 6 ou 9 cm de
polystyrène expansé haute densité
entre lesquels est coulé 16 cm de
béton. Les panneaux sont maintenus
par des pièces de liaison afin d’obtenir
la structure du bâtiment. Ce système
de coffrage permet entre autres une
suppression des ponts thermiques, des
économies d’énergie, et une rapidité
de mise en œuvre accrue puisque la
structure est montée en une seule
opération. Le procédé Keps présente
une bonne isolation thermique et
acoustique. Sa résistance thermique
est de 6 m².K/W pour un mur de 34
cm, soit une conductivité thermique
de 57 mW/m.K.
Cofahe, un panneau de
façade
Cofahe est un projet ayant permis la
fabrication de panneaux en matériaux
composites. Le projet a été coordonné
par le Centre scientifique et technique
du bâtiment (CSTB) en partenariat
avec divers acteurs industriels tels que
Owens Corning, Compositec et Goyer.
Les profilés sont composés d’une
ossature en aluminium supportant
le profilé composite pultrudé à base
de vinylester. Les panneaux, quant à
eux, sont tout d’abord constitués d’un
composite ciment-verre, puis d’un
panneau isolant sous vide très mince
et d’une tôle en aluminium (façade
intérieure). Ces panneaux présentent
une conductivité thermique réduite,
et de bonnes propriétés isolantes et
mécaniques.
LES SYSTÈMES CONSTRUCTIFS
Le procédé Keps alliant polystyrène et béton
25
Premiers rangs de la mise en œuvre du procédé Keps. Crédits photographiques : © KEPS
Sapisol®, la gamme de panneaux sandwichs de Simonin
La gamme de panneaux sandwichs de Simonin se décline en plusieurs produits :
* Sapisol® composé d’une âme en polystyrène graphité associée au bois sur
chacune de ses faces. Le polystyrène graphité permet de réfléchir le rayonnement
thermique et apporte ainsi une meilleure isolation.
* Sapiphone composé d’une âme en polystyrène expansé associée au bois
sur chacune de ses faces. Le polystyrène extrudé permet une bonne isolation
thermique grâce aux cellules fermées et remplies d’air qui le composent.
* Sapiliège composé d’une âme en liège associée au bois sur chacune de ces
faces. Le liège supporte l’humidité sans se déformer ni pourrir. Il s’agit d’un bon
isolant acoustique et thermique car sa composition aérée laisse passer l’air tout
en gardant une certaine stabilité en température.
Sources :
www.cstb.fr
www.eurotoit.fr
www.simonin.fr
www.keps-france.com
www.keps-diffusion.com
La présence de bois permet une bonne isolation thermique et acoustique. De plus,
il s’agit d’un produit renouvelable et biodégradable.
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
LES SYSTÈMES CONSTRUCTIFS
Structure
LES PANNEAUX PRÉFABRIQUÉS EN CAISSON
Ces ossatures bois, associées à un isolant, permettent des montages en entreprise et sur chantier plus rapides. Cette rapidité de
mise en œuvre est de plus en plus appréciée.
Les panneaux préfabriqués en caisson à ossature bois commencent à se
développer et à être utilisés comme éléments constructifs pour les façades
et les toitures. Ces panneaux peuvent être soit chevronnés ou soit assemblés
en sandwichs. Les caissons, une fois fabriqués, sont remplis avec de l’isolant,
généralement de la paille ou de la laine (chanvre, bois, lin, …). Sur chantiers, ils
permettent de construire plus rapidement les bâtiments.
Si les matières premières sont globalement peu chères, le coût en main-d’œuvre
reste assez élevé. On remarque, qu’à ce jour, la construction de maisons
préfabriquées nécessite des personnes expérimentées.
Le panneau Modcell®
26
La société Modcell a développé une technologie modulaire de construction de
maisons constituées de panneaux bois/paille. La paille est encastrée dans un
cadre de bois massif en atelier. Pour ce faire, elle est d’abord pré-compressée.
Les panneaux ainsi créés peuvent servir d’éléments de structure verticaux ou
horizontaux et intégrer des ouvertures pour les portes et fenêtres. Les panneaux
peuvent facilement être assemblés ensemble ou bien associés à des structures
métalliques.
Au Royaume Uni, cette technique permet de créer des bâtiments pouvant
comporter jusqu’à 3 niveaux.
L’originalité de ce concept est
d’associer à cette technique de
construction, le principe d’ateliers de
fabrications mobiles et/ou temporaires
situés à proximité des zones de
production de la matière premier et
du site de construction. L’objectif
est triple : diminuer l’empreinte
carbone de la construction, mais
aussi diminuer les coûts et la durée
du chantier. Les premiers projets
montrent effectivement qu’un coût
réduit de 20% par rapport à des
constructions traditionnelles peut être
atteint. Quant à l’efficacité thermique
d’une telle construction, elle est le
triple d’une construction classique.
Panneau Modcell®
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
Maturité :
LES SYSTÈMES CONSTRUCTIFS
Les tables de montage à ossature bois
Les tables de montage à ossature bois sont des éléments essentiels à la
construction d’éléments préfabriqués. Une fois les pièces en bois découpées,
cette table permet de les assembler afin de former des murs à ossature bois.
Élément en ossature bois assemblé sur la table de montage
Cet assemblage s’effectue au sein
de l’entreprise, permettant ainsi
d’amener moins de matériel sur
les chantiers et donc d’effectuer
moins de trajets entre l’entreprise
et le chantier. Au final, ces tables de
montage associe une réduction des
trajets (et dons des émissions de CO2)
et un gain de temps considérable sur
le chantier grâce à une mise en œuvre
relativement rapide.
27
De nos jours, ces tables peuvent
être fixes ou relevables. Elles sont
modulables et s’adaptent aux besoins
des entreprises.
Table de montage à ossature bois
Source :
www.modcell.com
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
LES SYSTÈMES CONSTRUCTIFS
Structure
Maturité :
LE BOIS CROISÉ
Pourquoi croiser des couches de bois ? Cette technique offre résistance mécanique et moindre consommation en « énergie grise », le
bois provenant généralement de ressources locales. En vue d’obtenir de meilleures performances, les bois peuvent être associés de
manière très différentes, être plus ou moins épais, … Le large panel
des produits qui apparaissent ouvrent de nouvelles perspectives
dans la construction d’immeubles de plusieurs étages.
BOURGOGNE
Il s’agit d’un matériau qui s’obtient en croisant plusieurs couches de bois
empilées perpendiculairement les unes par rapport aux autres. Les couches
de bois peuvent être clouées ou collées entre elles. Les panneaux réalisés en
bois croisé (CLT selon la terminologie anglaise) ont des propriétés mécaniques
remarquables. Des immeubles de plusieurs étages ont ainsi été réalisés à partir
de panneaux porteurs en bois croisé.
Bien que connu depuis un certain temps, le bois croisé évolue et de nouveaux
produits ne cessent d’être fabriqués.
Le système Tot’m, paroi en
bois cloué croisé
Panobloc®, le panneau par plis croisés de bois et d’isolants de
Techniwood
28
Les panneaux Panobloc® sont constitués de plis croisés perpendiculaires et
décalés en lames de bois. Entre ces lames, un matériau isolant est inséré. Il s’agit
généralement de laine de bois ou de laine minérale. Afin d’obtenir une bonne
résistance mécanique, les lames de bois sont collées par un « nœud de collage »
au niveau de chaque intersection.
Mur Tot’m de la société Tanguy
Le mur Tot’m, développé par la société
bretonne Tanguy, est une paroi en
bois massif contre-cloué. Les planches
de bois, après avoir été séchées et
profilées, sont clouées en couches
croisées (de 5 à 15 couches pour
construire un mur) grâce à des pointes
en aluminium. Le bois utilisé est de
l’épicéa de Sitka, essence disponible
localement en Bretagne.
Exemple d’un Panobloc®
Le croisement et le décalage des
lames de bois présentent de nombreux
avantages. Ils permettent de gommer
les ponts thermiques, de répartir la
charge mécanique dans le panneau
de façon homogène et également
d’empêcher la progression du feu.
En fonction du type de Panobloc®
souhaité, il est possible d’avoir plus
ou moins de plis, une densité du
bois différente ou, bien encore, un
matériau d’isolation différent. Ainsi, la
résistance thermique varie de 4 à 16
m².K/W pour des panneaux de 5 à 20
plis.
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
LES SYSTÈMES CONSTRUCTIFS
Eco2murs et le bois massif contre-cloué
La société Eco2murs propose des
murs massifs constitués de planches
rabotées, croisées à 90° et façonnées.
Les essences utilisées sont diverses :
sapin, épicéa, pin sylvestre, douglas,…
Les planches sont clouées grâce à des
pointes en aluminium. Les planches
sont rainurées afin de disposer d’un
plus gros volume d’air à l’intérieur
du mur, ce qui permet d’améliorer
la valeur de la résistance thermique.
Un mur Eco2murs peut présenter une
résistance thermique de 2,69 m².K/W
pour une épaisseur de 253 mm, soit
une conductivité thermique de l’ordre
de 94 mW/m.K.
Les panneaux lamellés croisés Xen-X de LineaZen et KLH
Les panneaux lamellés croisés
contrecollés Xen-X de LineaZen
sont fabriqués à base de hêtre et de
bambou, qui présentent une bonne
résistance mécanique. Le hêtre
est une essence locale abondante
tandis que le bambou est importé.
Le bambou se renouvelle très
rapidement et s’étend très facilement
sur les terres. Les panneaux
apportent de bonnes performances
thermiques, acoustiques, mécaniques
et esthétiques. D’un point de vue
environnemental, leur bilan carbone
est bénéfique.
Panneaux lamellés croisés
29
Le panneau KLH est, quant à lui, en bois massif, constitué de lames d’épicéa
empilées en couches croisées à 90° et collées entre elles. La colle est en
polyuréthane sans solvants ni formaldéhyde. Elle est appliquée sous une haute
pression de 60 T/m². Les panneaux peuvent être appliqués pour des parois
verticales, horizontales ou inclinées.
Les panneaux KLH présentent une grande résistance. Plusieurs études ont
démontré qu’ils pouvaient être adaptés pour des bâtiments résistants dans des
zones sismiques grâce à leurs plis transversaux qui permettent de prendre en
compte des contraintes de flexion dues à la force transversale et de cisaillement
rotatif. Leur conductivité thermique est de l’ordre de 130 mW/m.K.
Application des panneaux lamellés croisés
Sources :
www.agrobiobase.com
www.techniwood.fr
www.tanguy-sa.com
www.ecomurs.com
www.klh.at/fr
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
LES SYSTÈMES CONSTRUCTIFS
Structure
Maturité :
LES PANNEAUX DE BOIS-CIMENT
Mélanger bois et ciment, une solution qui permet d’obtenir des
produits plus légers avec un meilleur bilan environnemental que
certains matériaux traditionnels. L’utilisation de ces panneaux est
devenue de plus en plus courante.
BOURGOGNE
L’utilisation de copeaux de bois dans le béton permet d’associer les propriétés
thermiques et phoniques du bois avec la solidité du béton. Le béton est également
un régulateur de température car sa densité permet d’absorber et de stocker de
la chaleur. De plus, cette solution permet d’obtenir des produits plus légers et plus
écologiques que d’autres matériaux de construction conventionnels.
Bien que la présence de copeaux de bois dans le béton permette à ce dernier
de présenter de bonnes performances thermiques, il convient cependant de
l’associer avec un autre isolant afin d’obtenir la résistance thermique souhaitée.
Thermibloc®, un « béton de bois » de Xelis
30
La gamme Thermibloc® est une
marque du groupe Xelis, basé en
Bretagne. Il s’agit d’un bloc de
«béton de bois» fabriqué à partir de
80% de bois et de 20% de liant. Ce
produit léger et durable est constitué
d’une structure à pores ouverts
lui permettant de constituer un
régulateur d’humidité naturel, quasi
imputrescible
et
ininflammable.
Thermibloc® est un bloc plus isolant
que les blocs conventionnels. De
plus, un isolant peut y être intégré,
comme par exemple du polystyrène,
du polystyrène graphité ou de la laine
de roche.
Gamme Thermibloc®. Crédits photographiques : © Xelis Groupe
Chaque bloc se décompose en deux
parties faites d’alvéoles. Dans la
partie située à l’extérieur va être
inséré l’isolant et dans celle située
à l’intérieur va y être coulé un voile
béton.
D’un point de vue environnemental, les
copeaux de bois employés sont issus
des rebuts de scierie et permettent
ainsi de valoriser les déchets issus
de l’industrie. Thermibloc® est un
produit ne nécessitant pas l’utilisation
de
produits
chimiques,
sans
Anatomie d’un Thermibloc®.
composants organiques volatils et
Crédits photographiques : © Xelis Groupe
sans dégagements gazeux. Il n’est ni
cuit ni chauffé mais simplement séché et donc peu énergivore.
La gamme Thermibloc® présente différents produits : le bloc Thermibloc®, le
T-Bloc, les blocs d’angle, les blocs fenêtres, les blocs linteaux et les blocs planchers.
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
Le bloc composé de bois et de
béton de Cimat
Cimat propose un bloc composé de
copeaux de bois minéralisés à la chaux
et mélangés à du ciment. Le mélange
est compressé dans un moule et
séché afin d’obtenir le bloc. Un isolant
en polystyrène expansé (PSE) est par
la suite placé à l’intérieur du bloc afin
d’obtenir une bonne performance
technique. Des enduits intérieurs
et extérieurs peuvent ensuite être
appliqués.
LES SYSTÈMES CONSTRUCTIFS
La conception d’un panneau composite bois-ciment de faible
densité à base de résidus de sciage
Dans le domaine des cloisons
intérieures d’habitation, les panneaux
de gypse représentent une très grande
part de marché. Ils possèdent pourtant
certains inconvénients tels qu’une
mauvaise tenue à l’arrachement
des vis, une dureté modérée et une
sensibilité à l’humidité.
Les panneaux bois-ciment, quant à
eux, sont résistants à la pourriture,
aux champignons, aux insectes, au
feu et ils recèlent également quelques
avantages en matière d’isolation
thermique et acoustique.
Échantillon de panneau bois-ciment et front de rupture
Le cas échéant, il est donc possible de remplacer avantageusement les
panneaux de gypse par des panneaux bois-ciment palliant aux inconvénients
cités précédemment tout en ayant une densité et des propriétés mécaniques en
flexion équivalente. Pour exemple, c’est le travail auquel s’est attelée l’université
Laval de Québec en collaboration avec l’université d’Artois.
Contact : Pierre Tittelein LGCgE, FSA,
Université d’Artois, Technoparc Futura
62400 Béthune, France
[email protected]
Dans ce cas, le panneau est fabriqué par coulage gravitaire d’un mélange
composé de particules de pin gris obtenues par broyage de résidus de scierie, de
ciment type 10, d’eau, d’un accélérateur de prise pour favoriser la compatibilité
entre le bois et le ciment et d’un agent viscosant - ici Welan Gum - pour obtenir
une bonne consistance de pâte à l’état frais, dans un moule sans consolidation
par pressage ou vibration. Le panneau a pour caractéristique première d’être
léger. Pour ce faire, le mélange bois-ciment-eau est réalisé avec un rapport E/C
(masse d’eau / masse de ciment) élevé (de l’ordre de 1,2). Ainsi, le surplus d’eau
qui ne sert pas à l’hydratation du ciment, occupe un volume pendant la prise
mais s’évapore plus tard pour laisser place à des vides d’air. Ces vides allègeront
le panneau et lui conféreront, par ailleurs, des propriétés isolantes avantageuses.
Les propriétés mécaniques et la qualité de parement sont améliorées par la mise
en place sans colle de feuilles de papier du même type que celles utilisées dans
les panneaux de gypse.
31
Fibralith, le panneau de bois et de ciment de Knauf
Fibralith est un panneau composé de laine de bois enrobée de ciment gris. La
laine de bois est constituée de fibres longues de bois résineux. Ces panneaux sont
mis en œuvre par fixation mécanique directe sous planchers, en coffrage isolant
de dalle béton ou fond de coffrage. Pour une épaisseur du panneau de 25 mm,
sa résistance thermique est de 0,30 m².K/W, soit une conductivité thermique
d’environ 83 mW/m.K.
Sources :
www.knauf-batiment.fr
www.thermibloc.fr
www.cimatfrance.com
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
LES SYSTÈMES CONSTRUCTIFS
Structure
LA CONSTRUCTION BOIS-BÉTON
Associer le bois et le béton permet de combiner propriétés thermiques et résistance mécanique, tout en permettant la conception
d’éléments préfabriqués.
La mixité bois-béton est de plus en plus répandue. Elle offre de nombreux
avantages en combinant les propriétés du bois et du béton. En effet, le bois
présente de bonnes performances thermiques. Il permet également d’obtenir
des éléments préfabriqués, ce qui rend d’autant plus rapide sa mise en oeuvre.
Le béton met plus de temps pour se réchauffer ou se refroidir, ce qui permet
d’améliorer l’inertie thermique d’absorption.
Au niveau de la résistance mécanique, le béton, tout comme le bois, est résistant
en compression mais le bois a certaines qualités de résistance telle que la traction.
A performance technique égale voire supérieure, le coût au m² est similaire à celle
d’une construction classique en béton.
La construction bois-béton est en pleine essor. En effet, elle permet de répondre
plus aisément aux dernières exigences thermiques.
32
Maturité :
Solium®, la dalle mixte de CBS-CBT
La dalle collaborante bois-béton
Solium® est constituée de solives
travaillant en traction, liées par des
connecteurs de cisaillement à une
chape en béton d’environ 5 cm
travaillant en compression.
Cette dalle permet des portées de 4 à
5 mètres pour les plus petites et de 14
à 15 mètres pour les plus grandes. Pour
les très grandes portées, les poutres
de bois massifs sont remplacées par
des bois en lamellé-collé, voire par du
bois micro-lame.
Solutions de base Solium®, avec une seule planche comme élément de traction
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
BOURGOGNE
LES SYSTÈMES CONSTRUCTIFS
La mixité bois-béton pour les projets « LifeCycle Tower »
Projet « LifeCycle Tower » de 20 étages
« LifeCycle Tower », structure bois-béton
Les projets « LifeCycle Tower » à Dornbirn en Autriche associent les poutres bois
avec les planchers béton, le tout sous forme d’éléments préfabriqués. L’ambition
de ces projets culmine avec une tour de 30 étages. Pour l’instant, un premier
projet LCT One de 8 étages a été finalisé en juin 2012. Le concept de LifeCycle est
de minimiser la consommation de CO2 tout au long de la vie (construction incluse)
de la tour.
33
Sources :
www.proholz.at
www.cbs-cbt.com
Concept « LifeCycle Tower »
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
LES SYSTÈMES CONSTRUCTIFS
Structure
Maturité :
LA CONSTRUCTION BOISMÉTAL
Cette technique permet des constructions plus grandes, plus résistantes et avec des formes toujours plus extravagantes, comme
en témoigne, par exemple, le nouveau stade de Nice. « A découvrir
d’urgence ».
BOURGOGNE
La mixité bois-métal offre de nombreux avantages en combinant les propriétés
du bois et du métal.
Le bois permet d’obtenir une bonne résistance en compression et en traction
(bien que cette dernière soit un peu plus faible que la résistance en compression),
donc à la flexion mais sa résistance au cisaillement est faible. Quant au métal, il
a une bonne résistance en traction et au cisaillement. Sa résilience et sa ductilité
(plasticité) sont élevées.
En majeure partie, la mixité bois-métal est utilisée pour les structures extérieures
de grandes envergures nécessitant une bonne résistance mécanique.
Le métal doit être traité par galvanisation ou métallisation pour pouvoir éviter de
subir le phénomène de corrosion. De même il convient de choisir prioritairement
des essences de bois ne nécessitant aucun traitement ou de protéger les pièces
de bois par un traitement de protection aux intempéries et aux insectes.
34
L’Allianz Riviera, le stade de Nice
Le futur stade de Nice est décomposé en différentes parties : le socle en béton, le Musée national du sport sous le parvis, les
gradins et une charpente composée de bois et d’acier. La résille de bois formant l’intérieur de cette charpente résiste à la
compression tandis que les poutres tridimensionnelles en acier formant la partie extérieure du volume résistent en traction.
La structure englobe les gradins et
les déambulatoires. Elle est formée
de 60 portiques terminés par un
porte-à-faux de 46 m de longueur à
une hauteur de 30 m au-dessus du
terrain. Cette charpente est montée
sur 14 blocs de béton séparés afin
de tenir compte de la sismicité de la
région. Elle est assemblée en trois
phases : l’assemblage des résilles
en bois verticales pour la façade,
l’assemblage de la crosse et enfin
l’assemblage du porte-à-faux.
Pour la construction de cette
charpente, 4000 m3 de bois répartis
en 6000 pièces, 450 tonnes de ferrure
d’assemblage bois-métal, 550 tonnes
de métal pour les liernes (barres
reliant les pièces de charpente pour
éviter leur flambage) et 3 500 tonnes
de charpente métallique réparties en
40 000 pièces ont été nécessaires. Il
aura fallu 80 000 heures de fabrication
pour le bois et le métal ainsi que
30000 heures de montage.
Stade Allianz Riviera en construction à Nice. Architecte : Wilmotte & Associés
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
LES SYSTÈMES CONSTRUCTIFS
Les poutres bois-acier de l’université Technique de Vienne
L’Université Technique de Vienne a mené des travaux pour optimiser l’assemblage
de profilés en acier avec des poutres en bois.
Les meilleurs résultats ont été obtenus avec des profils acier en U de faible
épaisseur (1mm environ) formés à froid, positionnés côte à côte en miroir. Des
poutres de bois sont insérées dans ces profils et maintenues en place par des clous.
L’ensemble permet de supporter des charges plus importantes que les poutres en
lamellé collé pour un coût inférieur de 10 à 20%. Un avantage complémentaire
de ces structures est de pouvoir accrocher ces poutres à des montants verticaux
par assemblage rapide métal/métal.
Contact : Wolfgang Winter; [email protected]
Schéma de réalisation de l’assemblage profils acier et poutres bois
35
Source :
www.iti.tuwien.ac.at
Système d’accroche des poutres
Poutre assemblée; rendu final
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
LES SYSTÈMES CONSTRUCTIFS
36
Structure
LA CONSTRUCTION MODULAIRE
Travailler toujours plus vite, tout en étant efficace, afin de satisfaire les clients. Pour livrer leurs chantiers dans des délais souvent
restreints, la construction modulaire s’impose.
La construction modulaire, comme
son nom l’indique, est composée
de modules transportables. Elle a
généralement un coût similaire à
celui de la construction traditionnelle
et sa mise en œuvre sur chantier est
beaucoup plus rapide. En effet, elle
peut être assez onéreuse en raison
des matériaux utilisés, mais le coût
de la main-d’œuvre plus faible et le
temps de pose plus court permettent
de provisionner un budget équivalent.
Selon sa nature, elle peut également
présenter
des
performances
thermique
et
environnementale
supérieures à celles de la construction
traditionnelle.
La construction modulaire, une technologie qui
tend à se développer.
Crédits photographiques : © styleuneed Fotolia.com
Les modules sont préfabriqués dans une usine et le bruit ainsi généré ne dérange
pas les riverains lors de la construction sur site. De plus, les structures modulaires
peuvent être réduites, agrandies, transférées selon les besoins et les souhaits
des consommateurs. La structure porteuse permet de monter des bâtiments
jusqu’à deux voire quatre étages. Elle ne nécessite donc aucune fondation mais
seulement des plots en béton espacés de quelques mètres ou des longrines.
Comme pour les maisons traditionnelles, il est nécessaire d’utiliser des modules
de qualité afin de pourvoir obtenir les meilleures performances thermique et
environnementale possibles.
Modèle de construction modulaire.
Crédits photographiques : © Koma Modular Construction / Creative Commons / CC-BY-3.0
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
Maturité :
Afin de réaliser une enveloppe structurelle isolante performante, la société
bourguignonne Cubik Home a développé un procédé breveté portant sur
l’utilisation du béton fibré pour leurs constructions modulaires.
Le béton cellulaire permet une meilleure résistance aux agressions climatiques
et des performances en traction et en compression supérieures à des bétons
traditionnels. Il est associé à une isolation thermique à base de ouate de cellulose
améliorant l’hydrométrie et le déphasage thermique. Ce procédé permet de
réduire le poids en béton de la construction de 40%.
Les modules proposés ont une surface de 23 à 30 m² et peuvent être juxtaposés
et empilés jusqu’à deux étages afin d’obtenir une maison individuelle, des
logements collectifs ou des bureaux.
Le fabricant assure qu’une construction Cubik Home possède des performances
plus élevées qu’une construction traditionnelle, pour un coût équivalent.
La maison tridimensionnelle
de Roch Constructeur Bois
Roch Constructeur Bois fabrique une
maison modulaire dans un délai
d’environ 6 mois et la durée de mise
en œuvre est généralement inférieure
à une semaine. Cette maison est
composée de deux à quatre modules
suivant la présence d’un étage ou
non. L’enveloppe est constituée d’une
isolation des conduits de fluides
(eau, gaz, chauffage, électricité), des
planchers, du toit, des menuiseries et
des vitrages. La matière première est
d’origine locale, ce qui participe à la
réduction des émissions de CO2.
LES SYSTÈMES CONSTRUCTIFS
Cubik Home, l’habitat modulaire en béton fibré
Ecospace™, les bureaux et studios de jardins
Ecospace™ conçoit des constructions
modulaires à des fins d’utilisation
comme un nouvel espace à vivre
dans le jardin. Une construction
Ecospace™ est composée d’une
structure en bois et d’un habillage
en cèdre rouge issus de forêts
renouvelables, d’un toit planté de
sedum, d’un système de chauffage,
d’éclairage basse consommation,
d’une isolation et de doubles vitrages
hautes
performances.
Aucune
fondation n’est nécessaire puisque
la construction est posée sur des
supports en acier qui sont fixés sur
des plots en béton.
37
Un module réalisé par Ecospace™
Crédit photographique : © Ecospace™
Construction modulaire réalisée par Ecospace™
Crédit photographique : © Ecospace™
Sources :
www.cubik-home.fr
www.roch.fr
www.ecospace-france.fr
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
LES SYSTÈMES CONSTRUCTIFS
Finitions
LES PANNEAUX DE PAILLE
CARTONNÉS
Cartonner de la paille compressée permet s’augmenter la résistance mécanique tout en assurant une protection de la paille
compressée. La facilité d’utilisation de ces produits leur permet de
concurrencer les panneaux conventionnels.
Les panneaux de paille compressés
et cartonnés sont fabriqués à partir
d’un procédé mis au point en Suède
en 1935.
Ce procédé nécessite généralement
l’utilisation d’une machine de grande
envergure.
38
Maturité :
Lors de la phase de compression, les
panneaux sont pressés entre deux
plaques chauffantes à environ 200°C.
Le revêtement en carton recyclé de
415g/m² est collé sur les panneaux.
Avant le découpage en plusieurs
panneaux de taille désirée, le produit
est refroidi et séché.
Ce procédé ne nécessite aucun liant
chimique afin d’assurer la solidité
du cœur du panneau composé de
paille. En effet, en chauffant, la
lignine et la cellulose constituant la
paille forment une sorte de résine
jouant le rôle de liant.Ces panneaux
de paille sont utilisés pour les murs
ou les cloisons allant jusqu’à 3,5
m de hauteur, les planchers et les
plafonds. En effet, ils possèdent une
Procédé mis au point en Suède pour la fabrication de
panneaux de paille cartonnés
bonne résistance mécanique, proche
de celle d’un bois léger, qui leur
permet d’être autoporteurs. Ils permettent également d’isoler thermiquement
et acoustiquement un bâtiment. Leur conductivité thermique est de l’ordre de
102 mW/m.K. De plus, une autre propriété intéressante concerne leur bonne
résistance au feu qui est supérieure à 30 minutes. Ils ne nécessitent également
aucun traitement insecticide ou fongicide.
Les panneaux de paille compressés sont faciles d’utilisation. Ils peuvent être sciés,
cloués ou collés. Ils ne nécessitent aucun rail métallique. Une fois mis en place, les
panneaux peuvent être revêtus d’un produit de finition (enduit, peinture, papier
peint,…).
Afin de fixer le revêtement en carton, il est nécessaire d’utiliser une colle à base
d’urée-formol considérée comme nocive pour la santé et l’environnement.
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
BOURGOGNE
LES SYSTÈMES CONSTRUCTIFS
Le panneau de paille de Stramentech
Stramentech est une entreprise basée
à Neuvy-Pailloux, en Champagne
Berrichonne dans l’Indre. Il s’agit de
la première entreprise de fabrication
de panneau de paille compressée en
France.
La localisation de l’entreprise permet
d’obtenir une matière première
produite localement, dans un rayon
de 100 km, grâce à Biomasse Energie
Berry qui rassemble les négociants
en paille régionaux. Cette situation
permet ainsi de réduire les coûts en
transport et les consommations en «
énergie grise ». La région, étant une
grande productrice de céréales, ne
valorise pas près de 250 000 tonnes
de paille par an, ce qui permet à
l’entreprise Stramentech d’en utiliser
sans engendrer de concurrence avec
les autres secteurs d’activités.
Application de la solution de Stramentech. Crédits photographiques : © Stramentech
39
Test de résistance du panneau de Stramentech. Crédits photographiques : © Jean-Luc HARDYAU
Ces produits sont entièrement recyclables et consomment dix fois mois d’énergie
que les plaques de plâtre lors de leur fabrication.
Panneaux de paille compressés de
Stramentech. Crédits photographiques : ©
Jean-Luc HARDYAU
Sources :
www.brico.fr
www.panneaudepaille.com
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
LES SYSTÈMES CONSTRUCTIFS
Finitions
Maturité :
LES PEINTURES ET COLLES
Parfois tombées dans l’oubli, les peintures d’antan reviennent
donner des couleurs naturelles et apporter un environnement plus
sain à nos volets et murs d’intérieurs. En parallèle, des peintures
nouvelles à la pointe de la technologie font leur apparition. Quant
aux colles, le naturel est également de retour en force pour
constituer des produits plus respectueux de l’environnement.
Les peintures et colles se développent
selon deux tendances presque
opposées.
D’une part, le retour des techniques
encestrales qui permettent de
supprimer les émissions nocives et
diminuent l’impact environnemental
de leur fabrication.
D’autre part, la recherche de nouvelles
fonctionnalités en faisant appel à des
technologies de plus en plus évoluées.
Peinture naturelle à l’ocre rouge
La peinture à l’ocre de l’association Terres et Couleurs
40
Terres et Couleurs est une association
créée en 1995 pour la promotion
des terres colorantes comme l’ocre,
la terre de Sienne, la terre d’ombre,
la terre verte, … Terres et Couleurs
propose aux habitants de villages de
repeindre avec l’aide de bénévoles
les bois de leurs maisons avec des
pigments naturels. Deux couches de
peinture sont appliquées sur les bois
des différents chantiers.
La Bourgogne est riche en ocre jaune.
Afin d’obtenir de l’ocre rouge, l’ocre
jaune doit être cuit pendant environ
10 heures dans un four à 700°C. Cette
cuisson permet une déshydratation
de l’oxyde de fer, transformant ainsi
5 tonnes d’ocre jaune en environ
3,5 tonnes d’ocre rouge. Cette ocre
rouge peut être obtenue au « Moulin
à Couleurs » à Ecordal dans les
Ardennes.
Peintures avec différents pigments à l’ocre
En Bourgogne, l’ocre de Puisaye,
pigment naturel utilisé depuis la
Préhistoire, permet d’obtenir des
peintures non toxiques protégeant
le bois des intempéries pendant près
de 30 ans. La peinture à l’ocre ne
demande aucune préparation du bois,
elle s’y applique directement. Une des
préparations de la peinture à l’ocre
consiste à réaliser un mélange d’eau
et de farine qui va être cuit durant 20
minutes. Ensuite vont y être ajoutés
les pigments d’ocre puis l’huile de
lin qui sert à lier le tout. La peinture
à l’ocre est économique (environ 5
euros pour repeindre les portes d’une
grange).
Maison peinte par Terres et Couleurs au centre de Dijon
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
Les peintures chauffantes MTCR et HTCR
Les peintures MTCR (“Medium Temperature Conductive
Resistive”) et HTCR (“High Temperature Conductive
Resistive”) sont des peintures électriquement résistantes et de température
réglable. Elles peuvent être appliquées sur une variété de matériaux pour fournir
des propriétés productrices de chaleur. Les couches permettent des températures
variant de la température ambiante à 2000°F (soit 1093,3°C). Cette peinture
chauffante est composée de graphites, de silicates alcalins, de kaolin ou, bien
encore, d’eau.
Les peintures MTCR, utilisées de température ambiantes à 400°F (soit 204,44°C)
sont appropriées pour des matériaux flexibles et non-flexibles, comme des
revêtements de sol ou, bien encore, des couvertures murales.
Les peintures HTCR fonctionnent sur du verre, de la céramique, des panneaux de
fibre de verre, du bois, des matériaux de type brique ou argile, … Elles peuvent
notamment être utilisées pour des panneaux muraux et de la projection au
niveau des toits, …
La peinture anti-bruit
laboratoire V33
du
La peinture anti-bruit du laboratoire
V33, inspirée de la capacité de la neige
à étouffer les bruits, est composée de
microbilles de verre chargées d’air. Un
coussin d’air étant ainsi formé, il est
capable d’absorber les sons stridents
ou, bien encore, aigus. En appliquant
une sous-couche avant la peinture,
un deuxième coussin absorbant
est créé, améliorant ainsi le pouvoir
d’absorption des sons de l’ensemble.
Cette peinture, applicable sur les murs
ou les plafonds selon les besoins,
permet de réduire de -3dB jusqu’à
-15 dB les nuisances sonores selon
les fréquences. Autrement dit, le bruit
perçu par l’Homme peut être réduit de
plus de moitié.
Les colles
iPharos
de
la
société
La société bordelaise iPharos propose
des colles plus respectueuses de
l’environnement issues de caséine
(protéine de lait), d’amidon bio, …
Collaseum, la colle à bois à la caséine,
est la version plus moderne de la
colle de fromage des charpentiers
du Moyen-âge. Cette colle peut être
utilisée dans du contreplaqué et des
charpentes en lamellé-collé.
Présentée sous forme de poudre
blanche, elle est mélangée à de
l’eau afin d’obtenir une colle ayant
de bonnes propriétés de résistance à
la chaleur et à l’humidité. Constituée
à 96 ,6% de matières naturelles, elle
comprend notamment de la caséine,
de l’amidon bio, de l’argile, de l’oxyde
de calcium, des sels d’ammonium et
de sodium non toxiques.
41
Autres colles issues de produits naturels
Quant aux colles, de nos jours, les plus utilisées dans les industries du bois
contiennent du formaldéhyde, considéré comme un composé CMR (Cancérogène,
Mutagène et Reprotoxique). Afin de remplacer ce composé jugé toxique,
des études concernant des colles à base de molécules issues de ressources
renouvelables, plus respectueuses de l’environnement, ont été réalisées. Ces
études participent au développement de la « chimie verte », qui consiste à
substituer les substances issues de la chimie du pétrole par des substances plus
respectueuses de l’environnement.
Les colles sont alors obtenues à partir de différentes substances :
• Les tanins sont issus des écorces de bois comme l’acacia ou, bien encore,
l’écorce de pin.. Ils ont notamment été utilisés pour la production industrielle de
panneaux de bois en Amérique du Sud.
• La lignine est un bio polymère issu de déchet de l’industrie papetière. Elle a déjà
été utilisée dans les colles pour la production de panneaux contreplaqués en
Amérique du Nord.
• Certaines protéines végétales peuvent être utilisées dans les colles, comme
celles issues de tourteaux de colza, de soja ou, bien encore, de gluten.
• Les huiles insaturées sont issues des matières riches en triglycérides comme le
lin, le soja, le colza, …
LES SYSTÈMES CONSTRUCTIFS
Maturité :
Sources :
http://extranet.innovalis-aquitaine.org/Fichiers_site_Internet/
Collage_Actu_76b.pdf
www.terresetcouleurs.com
www.lovellpatentedtechnology.
com
www.v33-naturlab.com
www.ipharos.fr
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
LES SYSTÈMES CONSTRUCTIFS
Enveloppe
LES MURS RIDEAUX
Ils ont été appelés ainsi par les architectes Beaudoin et Lods et
par Jean Prouvé en 1936 afin de désigner les façades en métal de
certains bâtiments, conçues industriellement en usine. Leur développement s’est ensuite généralisé à travers l’usage de différents
autres matériaux.
Constituant l’enveloppe d’un bâtiment, ces murs de façade légers permettent
d’isoler la façade tout en prenant des vêtures extérieures différentes d’un bâtiment
à l’autre. Un mur-rideau est constitué de plusieurs panneaux préfabriqués reliés à
l’aide d’éléments de liaison au niveau des planchers ou des colonnes de l’édifice.
La rapidité de pose est courte, les panneaux étant des éléments préfabriqués.
Une fois les panneaux connectés entre eux, l’étanchéité à l’air et le recouvrement
des lés de pare-pluie sont réalisés.
Les panneaux sont généralement fabriqués pour une hauteur d’un étage.
Cependant, ils peuvent également l’être pour une hauteur de deux ou plusieurs
étages.
TES EnergyFaçade, un système de construction préfabriqué en
bois
42
Maturité :
TES EnergyFaçade est un système de
construction préfabriqué d’éléments
de charpente en bois de grande
envergure.
de production de l’entreprise, par
exemple avec des outils de conception
et de fabrication assisté par ordinateur
(CAO/FAO).
La méthode TES EnergyFaçade
permet, après avoir relevé les côtes
d’un bâtiment, d’effectuer une
représentation en 3D qui est par
la suite intégrée dans le processus
Les éléments préfabriqués sont
assemblés sur la structure du bâtiment
existant, soit en remplacement de la
paroi du bâtiment soit en addition à
cette paroi.
Fabrication des éléments en bois par TES EnergyFaçade
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
BOURGOGNE
LES SYSTÈMES CONSTRUCTIFS
Les murs manteaux bois d’Arbonis
Arbonis, la marque du groupe Vinci
Construction France, a développé
une gamme de panneaux isolants
en ossature bois préfabriqués. Ces
panneaux sont fixés à une structure
en béton et permettent de former
l’enveloppe du bâtiment.
Les panneaux sont composés de
l’intérieur vers l’extérieur, de plaques
de plâtres, d’une contre-isolation
intérieure, d’un pare-vapeur, d’une
ossature bois, d’un isolant en laine
minérale, d’un panneau de bois
reconstitué de type OSB (Oriented
Strand Board), d’un film pare-pluie, de
tasseaux de ventilation et de vêtures.
Les murs manteaux bois d’Arbonis
disposent de nombreux avantages.
Ils permettent tout d’abord d’obtenir
une bonne isolation grâce aux
performances du bois et à l’inertie du
béton de la structure porteuse.
De plus, le manteau étant peu
épais, le panneau permet un gain de
surface de 3 à 5%. Etant en bois, il est
relativement léger, facile à manier et
à poser.
43
Sources :
www.futura-sciences.com
www.tesenergyfacade.com
www.arbonis.com
Immeuble de bureaux constitués de murs rideaux Arbonis, Marbotte Plazza à Dijon.
Architecte : Architecte-Studio
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
LES SYSTÈMES CONSTRUCTIFS
Enveloppe
Maturité :
LES FAÇADES A DOUBLE PEAU
Obtenir un maximum d’éclairement naturel tout en isolant est une
combinaison possible grâce aux façades à double peau. Plus souvent utilisée dans les bâtiments tertiaires, une extension au niveau
résidentiel verra peut-être le jour d’ici quelques années.
BOURGOGNE
Les façades à double peau permettent d’ouvrir le bâtiment à la lumière du
jour tout en gardant une bonne isolation thermique et une bonne maîtrise des
consommations énergétiques. Elles ont également de bonnes performances
acoustiques.
Une façade à double peau est composée de vitrages séparés par une lame d’air
ventilée. Elle peut également comprendre un store entre les deux parois vitrées, à
l’extérieur ou à l’intérieur. Ce qui différencie les systèmes de façade double à peau
est la gestion de la lame d’air et des protections solaires.
44
Les façades à double peau sont
classées selon trois critères :
* Le type de ventilation : naturelle,
mécanique ou hybride.
* Le mode ventilation : il s’agit des
différentes manières de circulation de
l’air entre l’extérieur et l’intérieur.
* Le type de compartimentage :
l’espace peut être divisé par étage
et peut comprendre des conduits
verticaux reliant les étages pour
améliorer le tirage thermique ou
être sans compartimentage. Dans le
dernier cas, le tirage thermique se fait
dans la totalité de l’espace.
Un point de vigilance est nécessaire
en ce qui concerne la lame d’air. Il
convient de s’assurer que le système
ne génère ni de condensation en
période froide ni d’effets de surchauffe
en période estivale.
Principe d’une façade à double peau par ventilation naturelle
La tour Incity, la future tour BBC de Lyon
La tour Incity, dont la construction
devrait s’achever en 2015, présente
une façade à double peau lui assurant
une protection thermique ainsi qu’une
maîtrise des apports solaires.
Le vitrage extérieur des façades sud,
est et ouest est semi-réfléchissant.
Afin de modérer les apports solaires
et les apports de lumières, des stores
à lames seront mis en place dans la
lame d’air ventilée.
La façade extérieure permet donc de
refléter le paysage environnant ainsi
que de filtrer les rayons solaires. Afin
de ne pas percevoir les lignes d’allèges
de la façade intérieure et d’unifier
la peau extérieure, le vitrage a été
combiné à un arrière plan opaque : il
s’agit d’un système «shadow bow».
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
Le groupe Tamedia a fait construire
un nouveau bâtiment tout en bois
dont l’architecte est Shigeru Ban,
connu pour l’utilisation de matériaux
durables dans ses projets. Il a dessiné
un immeuble transparent en y
intégrant une double façade.
L’enveloppe
du
bâtiment
est
composée à 80% de verre et la
façade à double peau de trois
mètres de profondeur permet
d’obtenir un espace intermédiaire
entre les plateaux de bureaux et
l’environnement extérieur. Cet espace
permet d’accueillir des terrasses,
utilisées comme salles de réunion ou
des salons, et un escalier en cascade
Maison des médias de Tamedia composée à 80% de verre. Architecte : Shigeru Ban
desservant cinq étages.
Cette double façade sert d’isolation
thermique et également de système de ventilation. Elle permet également
d’apporter de la clarté aux pièces. En façade, des protections solaires fixes et
orientables ont été ajoutées afin de maîtriser les apports solaires.
LES SYSTÈMES CONSTRUCTIFS
La maison des médias à double façade de Zurich
45
Sources :
www.ffbatiment.fr
www.cstb.fr
www.ai-environnement.fr
www.ittenbrechbuehl.ch
www.tour-incity.com
Double façade de la Maison des médias de Tamedia. Architecte : Shigeru Ban
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
LES SYSTÈMES CONSTRUCTIFS
Enveloppe
LES BIOFAÇADES
Cultiver des algues sur les façades des bâtiments est une technique peu commune. Ayant fait l’objet de récentes recherches,
cette solution va être appliquée sur des bâtiments afin de prouver
son efficacité multiple.
Le système de biofaçade composé d’une double façade ventilée, permettant de
cultiver des micro-algues tout en optimisant les apports solaires et la régulation
thermique, a été inventé par X-TU Architects. Ce dispositif peut être appliqué sur
les façades des bâtiments.
Il est constitué de deux types de modules alternés, qui assurent l’étanchéité du
bâtiment vis-à-vis de l’air et de l’eau :
* un module vitré permettant la ventilation de la façade, un éclairage naturel des
locaux et un échange thermique entre l’extérieur et l’intérieur du bâtiment.
* un module photo-bioréacteur (PBRR) et étanche permettant la culture des
algues. Les parois de ces modules peuvent être constituées de tout type de
vitrage (simple, double, triple ou multi-parois).
46
Double façade comprenant les modules alternés à triple vitrage constituant le contenant d’algues et à ventilation alignée.
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
Maturité :
PROTOTYPE
Cette biofaçade permet le traitement d’effluents chargés en polluants organiques
(qu’ils soient liquides ou gazeux) et émis par le bâtiment, l’isolation et la
récupération de chaleur favorable à la culture d’algues. Mais elle peut également
former de la biomasse grâce à la culture d’algues. Cette biomasse est une source
d’énergie pouvant directement être utilisable dans le bâtiment pour la production
d’électricité.
Ce type de façade demande toutefois un entretien important. Un nettoyage
peut être effectué par ultraviolets, par ultrasons ou par un système mécanique
embarqué.
Le système d’Ennesys
Ennesys est une société créée en
2010 proposant un système de
biofaçade qui permet de traiter les
eaux usées, le CO2 et de produire de
l’énergie. Le phytoplancton est récolté
et transformé en plusieurs sources
d’énergie (hydrogène, huile végétale
et biomasse maigre).
Les eaux usées (contenant des engrais
naturels) et le CO2 sont injectés dans
le milieu de culture afin de nourrir le
phytoplancton. Les eaux ainsi traitées
sont réutilisées dans les circuits d’eaux
grises du bâtiment.
Un démonstrateur pour un pilotage
industriel est en phase d’élaboration à
la Défense à Paris.
Le projet Symbio2
Le projet Symbio2 a été lancé par
un consortium composé par X-TU
Architects, Séché Environnement
concerné par la revalorisation des
déchets, AlgoSource Technologies
concerné par la production et le
cabinet Oasiis concerné par la partie
technique. Ce projet est réalisé sur la
centrale de valorisation des déchets
Alcéa à Nantes. De grande envergure,
il représente près de 5 millions d’euros.
Pour ce projet, le volume d’eau
nécessaire
à
la
culture
des
microalgues est diminué de 90%,
ceci étant dû à une technologie
des photo-bioréacteurs développés
par le laboratoire GEPEA. De plus, le
système permet une réduction de
80% des consommations d’énergie
nécessaires à la régulation en
température de la culture d’algues et
de 50% des consommations issues de
la régulation thermique d’un bâtiment
standard.
LES SYSTÈMES CONSTRUCTIFS
L’espace intérieur du module PBRR est constitué d’un milieu de culture d’algues
et d’un espace logeant un système d’éclairage artificiel permettant de fournir aux
algues cultivées la lumière nécessaire à leur croissance, lorsque l’éclairage naturel
est insuffisant.
47
Sources :
www.ennesys.com
www.cnrs.fr
www.advincity.eu
Système de biofaçade d’Ennesys
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
LES SYSTÈMES CONSTRUCTIFS
Enveloppe
L’ISOLATION TRANSLUCIDE
DES FAÇADES
Solution permettant de profiter de l’éclairement naturel tout en
protégeant l’intimité des usagers et en améliorant l’isolation des
bâtiments, l’isolation translucide se développe au profit de l’architecture bioclimatique.
L’isolation translucide est encore peu connue. Pourtant, elle dispose de nombreux
avantages non négligeables. En effet, grâce à ce produit, un apport en luminosité
peut être ajouté notamment en hiver, tout en ayant une bonne isolation
thermique. Elle permet également de stocker de la chaleur en journée qui peut
être restituée durant la nuit.
Cette isolation translucide peut être utilisée en association avec une paroi déjà
existante et constituer ainsi un mur solaire.
Les parois isolantes et translucides doivent parfois être pourvues de protections
solaires afin d’éviter des températures trop élevées.
GlassX®, l’isolation translucide avec un matériau à changement
de phase
48
Maturité :
Les solutions de façade GlassX® intègrent une couche mince de matériau à
changement de phase. Ainsi, ce produit translucide permet d’obtenir un bas
coefficient de transmission thermique, un facteur solaire variable et une masse
thermique élevée. A titre comparatif, 16 mm de d’un matériau à changement de
phase peut absorber autant de chaleur que 250 mm de mur en béton, pour une
température ambiante.
Deux gammes de produits sont
disponibles :
* GlassX®store utilisé pour la
construction de murs rideaux montés
à quelques centimètres de la façade. Il
s’agit d’un élément de refroidissement
passif.
* GlassX®crystal utilisé dans les
bâtiments de construction légère.
Il s’agit d’un élément de protection
et d’isolation de façade. Ce produit
combine plusieurs avantages : la
translucidité, l’isolation thermique
ainsi qu’une capacité de stockage
thermique et un apport solaire en
hiver.
La couche de matériau à changement
de phase peut être installée
séparément, intégrée dans un vitrage
isolant ou combinée dans un dispositif
ombrageant.
Isolation translucide d’un toit
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
BOURGOGNE
LES SYSTÈMES CONSTRUCTIFS
Clairisol, l’isolation translucide avec un aérogel de SMAC
SMAC, en partenariat avec Skydôme et
Cabot Corporation, propose Clairisol,
un complexe de façade translucide.
Celui-ci est constitué de parois en
polycarbonate alvéolaires remplies de
l’aérogel Lumina Aérogel. L’aérogel
d’isolation présente une conductivité
thermique de l’ordre de 23 W/m.K,
ce qui permet d’obtenir une bonne
isolation thermique.
Clairisol permet également un apport
homogène en lumière naturelle tout
en évitant les éblouissements et les
zones de contrastes. De plus, l’indice
d’affaiblissement
acoustique
de
la façade est amélioré. Quand à la
possibilité de présence de moisissures
dans les alvéoles des parois, elle est
nulle, en raison d’une insensibilité du
complexe à l’humidité.
49
Isolation translucide d’une façade
Une utilisation de l’isolation translucide de l’ « Association for
Transparent Insulation »
L’ « Association for Transparent
Insulation » est une organisation
composée de chercheurs et de
fournisseurs travaillant sur les
systèmes solaires. A ce jour, ils
proposent trois systèmes dont un
amenant à l’utilisation de l’isolation
translucide dans les murs solaires.
Ce système est simplement constitué
d’une paroi translucide derrière
laquelle est placé un mur de couleur
noire. Ainsi, le rayonnement solaire
traverse la paroi et chauffe le mur.
Le rayonnement est donc converti en
chaleur stockée dans le mur. Celle-ci
est restituée durant la nuit.
Sources :
www.glassx.ch
www.batiweb.com
www.unwelt-wand.de
Bâtiment comprenant le système au niveau des
zones grises
atteindre le mur et le chauffer. Ainsi,
les apports solaires sont moindres en
été et il n’est pas nécessaire d’utiliser
de protections solaires pour des parois
de petites surfaces.
En hiver, le soleil étant plus bas qu’en
été, beaucoup plus de rayons peuvent
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
LES SYSTÈMES CONSTRUCTIFS
Enveloppe
LESTOITURES VÉGÉTALISÉES
Maturité :
De la verdure en guise de toiture. Apportant une touche de
fraîcheur, d’isolation acoustique et de régulation pluviométrique,
cette solution peut également permettre d’obtenir un nouvel espace de vie inattendu. De plusieurs types, les toitures végétalisées
offrent des paysages différents pour tous les goûts.
Les toitures végétalisées, couramment appelées « toitures vertes », sont composées d’un système d’étanchéité, d’un
complexe drainant et d’un tapis de plantes. Elles sont installées sur des supports en béton, en acier ou en bois.
50
Principe d’une toiture végétalisée
Il existe deux types de toitures végétalisées :
* Les toitures végétalisées de culture « intensive » constituées d’une épaisseur
de substrat élevée (de 15 à 30 cm environ) et d’une végétation se développant
fortement.
* Les toitures végétalisées de culture « extensive » constituées d’une faible
épaisseur de substrat (de 3 à 15 cm environ) et d’une végétation colonisatrice et
résistante. Les végétaux ont une hauteur maximum d’environ 25 cm.
Les toitures végétalisées permettent d’améliorer l’ambiance hygrothermique,
surtout en été, le confort visuel en extérieur ainsi que le confort acoustique
intérieur. Le drainage permet de stocker l’eau nécessaire à la survie des plantes
et également de jouer le rôle de zone tampon assurant une meilleure gestion
des eaux pluviales. Ce drainage peut être réalisé par un substrat de billes d’argile,
un matelas souple composé de plastique recyclé, des éléments drainants sous
forme de dalles ajourées,… Le système d’étanchéité de la toiture comporte une
membrane résistant à la pénétration des racines. La végétation permet de fixer le
CO2 et de produire de l’O2, améliorant ainsi la qualité de l’air environnant.
Ces toitures végétalisées sont peu présentes en France mais tendent à se
développer, celles-ci apportant un espace vert supplémentaire à nos paysages tout
en permettant d’obtenir de meilleures performances thermique et acoustique.
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
La construction doit être apte à
supporter des poids de surcharge
importants, de 30 à 100 kg/m² pour
une culture « intensive » et de 100
à 400 kg/m² pour une culture «
extensive ».
Les toitures végétalisées de culture
« intensive » doivent être arrosées
régulièrement tandis que celles de
culture « extensive » ne nécessitent
qu’un entretien mineur.
Sopranature® est un procédé de
végétalisation des toitures composé
d’un complexe végétal et d’un
complexe d’étanchéité. Il propose
une culture « extensive » ou « semiextensive ». Ces cultures peuvent
être des tapis de sedum, des massifs
plantés ou de la prairie. Les produits
Sopranature®
s’adaptent
aux
différents supports (bois, acier et
béton) et peuvent être mis en place
pour des constructions neuves ou en
rénovation.
Cityflor®, le procédé
végétalisation d’Axter
Tapis de sedum pour une culture « extensive »
de
Cityflor® est un procédé complet de
végétalisation permettant d’associer
une étanchéité bicouche bitumeuse
à un large choix de végétalisations.
Cityflor® peut être associé à une
toiture végétalisée, des jardins et
sous une protection lourde. Cette
étanchéité peut être mise en œuvre
sur des supports en béton, en acier
ou en bois. La culture proposée par
Axter est soit « extensive » soit « semiintensive ».
LES SYSTÈMES CONSTRUCTIFS
La végétalisation Sopranature® de Soprema
Optigreen®, la végétalisation intensive de Toit Vert®
La gamme Optigreen® de la marque Toit Vert® comprend des solutions de
végétalisations extensive et intensive pour les toitures. En ce qui concerne la
végétalisation intensive, cinq solutions sont proposées pour les toitures :
* la « Toiture inclinée » permettant d’obtenir des solutions durables comprenant
des systèmes de retenue anti-glissement pour des toits à forte pente ;
* la « Toiture-jardin » permettant d’obtenir un espace de vie supplémentaire ;
* la « Toiture paysagère » comprenant parfois même des arbres ;
* la « Toiture à circulation » praticable pour les voitures mais nécessitant une faible
hauteur de construction ;
* le « Toit vert solaire » permettant de combiner végétalisation et panneaux
photovoltaïques.
Etanchéité sur béton avec une protection en
végétalisation par Axter
Sources :
www.enviroboite.net
www.aster.eu
www.soprema.fr
www.toitvert.fr
Exemple d’une culture intensive en plein cœur de Manhattan
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
51
LES SYSTÈMES CONSTRUCTIFS
Enveloppe
Maturité :
L’ARCHITECTURETEXTILE
Protéger les façades des bâtiments avec du textile, c’est l’alliance
esthétique de protections solaire et thermique. Cette solution est
de plus en plus utilisée au niveau des façades ou des couvertures
des bâtiments.
L’architecture textile, appliquée généralement sur les façades d’un bâtiment,
constitue une protection solaire et thermique tout en assurant, le cas échéant,
environ un tiers de la transmission de l’éclairement naturel.
Deux technologies sont utilisées :
* Les textiles tendus sont composés d’une toile ajourée ou, bien encore, d’une
toile pleine assurant le clos-couvert. Ils ont une durée de vie estimée à environ 30
ans. Les toiles pleines pour le clos-couvert possèdent des résistances à la rupture
de 6 à 20 tonnes/m, des résistances aux intempéries et aux UV, et une étanchéité
au vent. Les toiles ajourées, quant à elles, assurent une protection solaire, avec
une porosité comparable à celle d’un store, et une fonction esthétique. Les toiles
sont constituées d’un tissu composite comprenant notamment un support en
PVC assurant étanchéité et protection au feu.
* Les textiles gonflés se présentent sous forme de coussins.
Les textiles sont fixés sur des cadres
métalliques en aluminium ou, bien
encore, en acier. Ces derniers sont
fixés sur une armature métallique
montée sur la structure du bâtiment.
52
Façade textile de la Caisse d’Epargne à Dijon Architecte C. de Crépy
L’architecture textile est de plus en
plus utilisée pour son faible poids qui
est de moins de 1 kg/m² pour les toiles
tendues et de 1 à 1,5 kg/m² pour les
textiles gonflés. Les panneaux textiles
sont faciles à mettre en œuvre et
peuvent être montés et démontés
à souhait. De plus, ils ne nécessitent
généralement qu’un nettoyage à
moyenne pression sans additif tous
les 5 ans.
Couverture en textile tendu au stade de Berlin. Crédits photographiques : © Wolfgang26 / Wikimedia
Commons / CC-BY-SA-3.0
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
BOURGOGNE
LES SYSTÈMES CONSTRUCTIFS
TEXO®, le concept de Spécial Textile
L’entreprise bourguignonne Spécial Textile conçoit et fabrique des toiles en
polychlorure de vinyle (PVC) destinées à assurer une protection solaire des façades
avec une texture micro perforée. Cette dernière permet une régulation thermique
tout en assurant le passage de la luminosité.
TEXO® est une technologie brevetée concernant des modules constitués de
cadres en profilés aluminium et de textiles composites. Les cadres sont assemblés
par l’intermédiaire d’un goujon sur une structure constituée de montant et de
traverses métalliques (fixés entre eux grâce à des équerres ou des étriers).
Les textiles Ferrari®
Le groupe Serge Ferrari® a breveté la
technologie Précontraint. Il s’agit d’un
matériau composite souple alliant
une armature en micro-câbles fait de
polyester et une couche de surface
en polychlorure de vinyle (PVC). Ce
matériau permet une bonne stabilité
dimensionnelle,
une
résistance
mécanique durable et une bonne
planéité.
De plus, la société de Serge Ferrari® a
mis au point un procédé de recyclage
des matériaux souples polyester PVC, appelé Texyloop®, comportant
un réseau de collecte, une unité de
tri, une unité industrielle et plusieurs
filières de réemploi. Cela permet de
réintégrer la matière dans certaines
gammes de toiles textiles.
53
Sources :
www.construction21.eu/france/
articles/fr/larchitecture-textile-lefutur-du-batiment-hqe.html
www.batirama.com/article/6906techtextil-2013-quel-emploi-pourle-textile-en-batiment.html
www.special-textile.fr
www.sergeferrari.com
Couverture textile du stade olympique de Londres réalisé par l’entreprise Serge Ferrari®. Crédits
photographiques : © Anthony Charlton / Wikimedia Commons / CC-BY-2.0
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
LES SYSTÈMES CONSTRUCTIFS
54
Ouvertures
Maturité :
LES MENUISERIES EXTÉRIEURES
Les portes et fenêtres comptent en général pour 15% des déperditions thermiques des bâtiments. Des entreprises proposent de
nouvelles solutions pour que les menuiseries extérieures présentent de meilleures performances.
Les menuiseries extérieures peuvent
être en bois, en PVC, en acier ou
en aluminium voire mixtes en
bois-aluminium ou en bois-liège,...
Actuellement
les
menuiseries
les plus performantes au niveau
thermique sont en PVC grâce aux
chambres étanches remplies d’air
qui les constituent, ou en bois,
matériau naturellement isolant. Les
menuiseries en aluminium peuvent
être intéressantes si elles possèdent
des rupteurs de pont thermique de
qualité.
BOURGOGNE
Menuiserie en bois. Crédits photographiques :
© Jean-Pol Grandmont / Wikimedia Commons
/ CC-BY-2.0
Caméléwood, une fenêtre en bois de Fenêtres Franc Comtoises
La fenêtre PVC T84 de Tryba
La société Fenêtres Franc Comtoises a déposé un brevet ainsi qu’une marque
au nom de Caméléwood pour ses fenêtres composées de bois ou de bois et
aluminium.La fenêtre bois a la particularité d’être constituée exclusivement
d’épicéa massif non collé, sans émissions polluantes.
Tryba propose la fenêtre PVC T84
composée de profilés (ouvrant et
dormant) de 84 mm. Ces derniers
comprennent six chambres d’isolation
et, associés à un double vitrage,
permettent d’obtenir un coefficient
de transmission thermique Uw de la
fenêtre de 1,2 W/m².K.
De plus, la lasure utilisée est écologique, soit à base d’eau (appliquée en 3 couches)
soit à base d’huile de lin.L’épicéa, ayant une conductivité thermique de 120 mW/
m.K, permet de diminuer les déperditions thermiques pour une épaisseur de 140
mm. Le coefficient d’isolation Uw de la fenêtre complète est de 1 W/m²K.
Composium®, la fenêtre composite de Solabaie
Composium® est une fenêtre alliant la fibre continue, tressée et polymérisée en
continu lors de l’extrusion du profil, au PVC permettant ainsi d’obtenir de bonnes
performances thermique et mécanique. Elle est constituée d’un double vitrage à
haute isolation. Le coefficient de transmission thermique Uw de la fenêtre est de
1,2 W/m².K.
Les renforts en acier, très conducteurs habituellement utilisés dans de nombreuses
fenêtres, sont remplacés par de la fibre composite. L’ouvrant comporte six
chambres d’isolation et est renforcé par de la fibre longue tressée et rigide. Quant
au dormant, il en comprend cinq chambres d’isolation. Il est composé de PVC, de
câbles en acier et de mousse haute densité.
La fenêtre Composium® est recyclable à 100% grâce notamment à une séparation
des composants.
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
LES SYSTÈMES CONSTRUCTIFS
EcoRenfort, le renfort isolant en fibres naturelles d’Innobat
EcoRenfort permet de substituer
l’acier par des fibres naturelles dans
les renforts isolants des menuiseries
PVC. Cette gamme offre de nombreux
avantages tels que de bonnes
performances thermiques et de
rigidité, ainsi qu’un meilleur respect
de l’environnement. Ce renfort isolant
est cinq fois plus léger que l’acier, ce
qui permet des facilités concernant
le stockage, le transport et la mise en
œuvre.
La gamme EcoRenfort propose 4
formes de renforts : la cornière à ailes
égales, la cornière à ailes inégales,
le renfort en « U » et le tube carré. Il
est également possible de bénéficier
de renforts spécifiques. Toutes ces
formes présentent une conductivité
thermique égale à 250 mW/m.K.
55
Sources :
www.guide-de-la-fenetre.com
www.fenetre.comprendrecommentchoisir.com
www.composium.fr
Étapes de mise en œuvre du mode de réalisation du procédé EcoRenfort. Image reprise du brevet
déposé par Innobat.
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
LES SYSTÈMES CONSTRUCTIFS
Ouvertures
Maturité :
LES VITRAGES PERFORMANTS
Nous connaissons tous les simple, double ou triple vitrages. Mais
au-delà d’une simple alternance air/verre, des produits plus performants aux fonctionnalités multiples apparaissent.
BOURGOGNE
Les vitrages sont des éléments essentiels aux menuiseries extérieures, permettant
un éclairage naturel dans les bâtiments. Mais ils sont également à l’origine de
pertes d’énergie importantes. Pour les réduire, de nombreux travaux de recherche
ont été effectués, permettant ainsi l’apparition de nouveaux types de vitrages.
Les vitrages les plus connus aujourd’hui sont les simple, double et triple vitrages.
Comme l’indique leur dénomination, le simple vitrage est constitué d’une seule
vitre, le double de deux vitres séparées d’une lame d’air, et le triple de trois vitres
séparées de deux lames d’air. Les vitres permettent de réfléchir une partie du
rayonnement thermique tandis qu’une lame d’air joue le rôle d’isolant. L’air
contenu dans les lames peut être remplacé par un gaz rare comme de l’argon ou
du krypton.
Parmi les derniers types de vitrages, Il est à noter :
* le vitrage autonettoyant, le verre opacifiant (cf. fiche « Les vitrages opacifiants ») ;
* le vitrage électro-chromique qui consiste en un vitrage opacifiant parcouru par
un courant électrique ;
* le vitrage avec un store intégré ;
* le vitrage chauffant (cf. fiche « Les vitrages solaires »).
Double et triple vitrage
56
Les verres de Van Ruysdael
Le verre haute performance isolante
(HPI) de Van Ruysdael est constitué de
deux feuilles de verre entre lesquelles
est présente une lame de gaz sous
vide de 0,2 mm.
Ce verre HPI possède un coefficient de
transmission thermique U de 1,4 W/
m².K, ce qui permet d’obtenir une très
bonne isolation thermique.
Les vitrages Forte Isolation sont
disponibles sous plusieurs aspects :
• Le verre artisanal présente des
irrégularités et des reflets intenses ;
• Le verre classique présente de
légères irrégularités ;
• Le verre moderne présente une
structure parfaitement lisse à la
réverbération austère.
Cependant, Van Ruysdael préfère le
verre Forte Isolation au verre HPI. En
effet, la société considère au vue de
certaines études que l’efficacité d’un
verre est plus importante lorsque la
valeur d’isolation est mise en équilibre
avec la construction du bâtiment et
son utilisation.
Les vitrages Forte Isolation de Van
Ruysdael ont trouvé l’équilibre entre le
vitrage simple (d’une valeur d’isolation
d’environ 6 W.m².K) et les vitrages
doubles ou triples (d’une valeur
d’isolation d’environ 1 W/m².K). Ils
possèdent un coefficient Ug d’environ
3 à 3,5 W/m².K.
Aspects des verres Forte Isolation de Van
Ruysdael. Du haut vers le bas : verre artisanal,
verre classique, verre moderne. Crédits
photographiques : © Van Ruysdael
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
Application d’un verre Forte Isolation à la Place
Saint-Michel à Dijon. Crédits photographiques :
© Van Ruysdael
LES SYSTÈMES CONSTRUCTIFS
Stopray Ultravision 50, le verre à triple couche d’argent d’AGC
Glass Europe
Stopray Ultravision 50 est un verre simple à triple couche d’argent sous vide. Il
offre de nombreux avantages :
* Il transmet l’éclairement naturel tout en réfléchissant le rayonnement UV et
infrarouge : facteur solaire de 23% et transmission lumineuse de 49%.
* Il s’agit d’un bon isolant thermique avec un coefficient de transmission thermique
(vitre) Ug de 1,0 W/m².K pour le simple vitrage à triple couche d’argent.
Stopray Ultravision 50 est utilisé en double vitrage. Il est disponible en deux
versions : Stratobel Stopray Ultravision 50 alliant isolation thermique et sécurité,
Stratophone Stopray Ultravision 50 alliant isolation thermique et isolation
acoustique.
57
Sources :
www.vanruysdael.com
www.agc-glass.eu
www.le-blog-fenetre-internorm.fr
Application du verre Stopray Ultravision 50
Le triple vitrage SOLAR + d’Internorm
Internorm, en partenariat avec Saint-Gobain, propose un triple vitrage ne réduisant
pas les apports solaires. En effet, un double vitrage permet d’avoir un facteur
solaire de 61% et se retrouve réduit de 11% pour le triple vitrage. La solution
d’Internorm permet de garder le même apport solaire que pour un double vitrage.
Le triple vitrage d’Internorm est recouvert de deux couches peu émissives Solar+,
une première sur la face intérieure, permettant de garder le rayonnement du
chauffage dans le bâtiment, et une deuxième sur la face extérieure, empêchant
le froid d’entrer.
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
LES SYSTÈMES CONSTRUCTIFS
Ouvertures
LES VITRAGES OPACIFIANTS
Permettant d’obtenir une isolation translucide ou transparente
selon son gré, ce type de vitrage peu commun promet de se développer et de présenter des solutions plus efficaces ou de nouvelles
formes.
Le verre opacifiant existe sous deux formes : le vitrage à opacification commandée
ou le vitrage électro-chromique.
Le verre à opacification commandée est composé d’un film à cristaux liquides
inséré dans la lame d’air située entre les vitres d’un double vitrage. Il intègre une
alimentation électrique. Lorsque le vitrage est non alimenté, il permet d’obtenir
un aspect translucide tout en apportant une bonne luminosité. Lorsque le vitrage
est alimenté, il est transparent.
Le vitrage électro-chromique est parcouru par un courant électrique. Il permet
de moduler à volonté la lumière et la chaleur transmises vers l’intérieur de
l’espace qu’il protège, selon l’ensoleillement, les saisons ou l’envie de l’utilisateur.
Plus la teinte du vitrage est foncée, plus il rejette la lumière et la chaleur solaire
indésirables. Lorsqu’il a une teinte claire, il permet d’apporter la lumière naturelle
et l’énergie solaire.
58
Maturité :
SageGlass®, le vitrage qui se teint électroniquement de SaintGobain
SageGlass® est un vitrage qui se teinte électroniquement afin de contrôler
les gains calorifiques et de moduler les apports de lumière sans entraîner de
surchauffe comme pour les vitrages classiques. SageGlass® propose des solutions
en double et triple vitrage, qui permettent d’éviter les déperditions thermiques
vers l’extérieur.
SageGlass® est un revêtement
électro-chromique constitué d’un
empilement de cinq couches de
céramiques à travers lesquelles un
courant électrique de très basse
tension (moins de 5 Volts) circule. Ce
dernier provoque un transfert des ions
lithium et des électrons d’une couche
à une autre, ce qui permet d’opacifier
le vitrage. Afin que le verre redevienne
transparent, il faut inverser la polarité
de la tension provoquant un retour des
ions lithium et des électrons vers leur
couche d’origine.SageGlass® peut
Schéma d’un triple vitrage SageGlass®
être commandé par des interrupteurs
muraux ou par un système d’automatisation du bâtiment, ou bien par les deux.
Il est disponible sous différentes formes courantes (rectangulaire et carrée) mais
également sous des fromes plus originales telles que trapézoïdale, triangulaire ou
en forme d’un parallélogramme.
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
BOURGOGNE
LES SYSTÈMES CONSTRUCTIFS
Easymotion, le film à opacité commandée de MACtac
Easymotion est un complexe de film
polyester de couches conductrices
contenant des cristaux liquides.
Des bandes de cuivre sont mises
en place sur les bords du panneau.
Elles permettent la circulation d’un
champ électrique aux travers de la
couche de cristaux liquides. Lorsque le
champ électrique se propage, le film
devient transparent. Et inversement
lorsqu’aucun champ ne se propage, le
film devient opaque. Que le film soit
transparent ou opaque, la luminosité
reste inchangée. Le changement d’un
aspect à un autre se déroule dans un
temps infime.
59
Sources :
www.fenetre.comprendrechoisir.
com
www.sageglass.com
www.mactac.fr
Aspects du film Easymotion de MACtac. Crédits photographiques : © MACTAC
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
LES ÉQUIPEMENTS
Énergie - Production
Maturité :
LES PAROIS ACTIVES
Récupérer de l’énergie grâce aux parois d’un bâtiment est
maintenant possible. Tour d’horizon des solutions existantes.
BOURGOGNE
Les parois actives permettent de capter, stocker et redistribuer l’énergie solaire
reçue. Il en existe plusieurs types :
• le mur Trombe combinant un double vitrage et un mur de couleur noire ;
• les matériaux à changement de phase ;
• les façades à double peau ;
• les isolants transparents ou translucides ;
• les parois végétalisées.
L’évolution constante des parois actives fait apparaître de nouveaux systèmes
combinant généralement un chauffage actif de l’air au niveau des parois couplé à
un ventilateur le redistribuant dans le bâtiment. Moins courantes en toiture, elles
devraient se développer prochainement.
Comme toute paroi, leur mise en œuvre nécessite le soin nécessaire pour éviter
tout risque structurel et assurer une excellente résistance aux intempéries.
Systovi®, la toiture active
60
Il s’agit d’un système de toiture
solaire intégrée qui permet de
récupérer l’air chaud généré sous les
panneaux solaires photovoltaïques
et thermiques, et de l’utiliser pour
améliorer le confort intérieur, réduire
la consommation de chauffage et
produire de l’eau chaude sanitaire,
tout en préservant l’environnement.
Les panneaux sont intégrés à la toiture.
Un ventilateur permet d’aspirer l’air
extérieur et de le faire passer sous
les panneaux solaires. Le jour, l’air se
réchauffe au contact des panneaux
avant d’être insufflé dans la maison.
Associé à des panneaux solaires à air
chaud, il est possible de chauffer de
l’eau sanitaire pour la stocker dans un
ballon.
La société garantit ses modules pour
25 ans selon les critères suivants :
• 90% de la puissance initiale après
10 ans de fonctionnement
• 80% de la puissance initiale après
25 ans de fonctionnement
Système Systovi® avec panneaux intégrés dans la toiture. L’air extérieur passe à travers un élément
métallique perforé afin d’être aspiré sous les panneaux par le ventilateur.
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
LES ÉQUIPEMENTS
SolarWall®, le chauffage solaire de l’air par Conserval
Engineering
Le système SolarWall® utilise l’énergie
solaire pour préchauffer l’air de
ventilation des bâtiments. Il s’agit de
panneaux capteurs perforés placés à
quelques centimètres d’un mur, créant
ainsi une cavité d’air. Le rayonnement
solaire
chauffe
le
revêtement
métallique de ces panneaux utilisés
comme échangeurs de chaleur.
En partie haute, des ventilateurs
aspirent l’air de la cavité. Celui-ci est
redistribué dans le bâtiment via un
système de chauffage, de ventilation
ou de climatisation.
61
Système SolarWall® avec unité de traitement d’air sur toiture. Crédits photographiques : © SolarWall
Europe
Selon les besoins de consommations du bâtiment, ce système peut produire
jusqu’à 50% des besoins en chauffage tout en économisant une tonne de CO2 par
an pour 5 m² de surface de capteurs.
En été, il permet le refroidissement du bâtiment car, les panneaux capteurs
minimisent le rayonnement solaire sur le mur du bâtiment. De plus, l’air chaud
de la cavité est ventilé par les perforations et évacué en partie supérieure par un
clapet (by-pass), réduisant ainsi la charge calorifique du bâtiment.
Sources :
www.systovi.fr
www.solarwall.com
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
LES ÉQUIPEMENTS
62
Énergie - Production
LES VITRAGES SOLAIRES
Maturité :
Produire de l’énergie grâce au captage de rayonnement solaire par
des vitrages. Cette nouvelle solution, apparue il y a peu de temps,
fait actuellement l’objet de nombreuses recherches. Destinée à
remplacer ou, bien encore, à compléter les panneaux solaires, elle
permet notamment un gain de place considérable.
Le vitrage solaire est constitué d’un
double vitrage à isolation renforcée
dans lequel sont intégrés des bandes
de capteurs solaires constitués
de réflecteurs et de serpentins de
cuivre. Les réflecteurs permettent de
bloquer une partie du rayonnement
réfléchissant,
tandis
que
les
serpentins assurent la circulation
d’eau réchauffée dans le vitrage pour
être transférée vers le ballon d’eau
chaude. Le vitrage solaire évite les
déperditions de calories en hiver et
bloque le passage d’une partie du
rayonnement solaire en été. Il offre
donc une isolation équivalente à celle
d’un double vitrage grâce au capteur
et à un traitement spécifique du verre
contre les infrarouges.
Développements à venir pour les vitres solaires. Crédits photographiques : © danimages - Fotolia.com
Ces vitrges sont comme des vitrages classiques et les capteurs intégrés sont
raccordés comme des capteurs classiques.
Ces vitrages ne sont généralement transparents que sur 40% de leur surface, ceci
étant dû à la présence des serpentins de cuivre. A ce jour, leur coût d’achat est
relativement élevé, aux alentours de 1000 €/m² hors taxes pour le vitrage associé
à sa menuiserie, soit près de 1,5 fois plus que pour des fenêtres hauts de gamme.
Il convient donc d’envisager leur mise en œuvre dans le cadre d’un étude en coût
global permettant de confirmer leur intérêt en fonction du contexte du projet.
Une fenêtre intelligente
Un groupe de chercheurs portugais
a développé une fenêtre intelligente
permettant de contrôler l’entrée de la
lumière naturelle, d’une transparence
totale à une obscurité totale. Cette
fenêtre peut également être utilisée
en tant que panneau solaire ou
qu’échangeur thermique, permettant
ainsi d’améliorer la performance
énergétique des bâtiments.
Cette fenêtre est constituée d’une
plaque de verre fixe et d’une autre
mobile, permettant ainsi de modifier
l’épaisseur de la cavité d’air entre les
deux plaques. Cette cavité est remplie
d’un liquide coloré. Le contrôle de la
lumière extérieure est possible grâce
au changement de pression dans
le système sous vide. Ainsi, il n’y a
besoin ni de rideaux ou ni de stores.
Cette fenêtre intelligente possède un
rendement d’environ 40%. Le coût de
cette fenêtre intelligente est estimé
30% plus élevé que celui d’une fenêtre
conventionnelle.
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
LES ÉQUIPEMENTS
Oxford Photovoltaics, des vitrages solaires teintés
Les chercheurs d’Oxford Photovoltaics, une spin-off de l’université d’Oxford,
développent de nouvelles vitres intégrant des cellules photovoltaïques teintées.
La cellule est constituée d’un couple redox à l’état solide ajouté sur une vitre,
ce qui peut convertir plus de 12% de l’énergie solaire en électricité décarbonée.
L’impression des verres peut être de différentes couleurs, modifiant ainsi l’efficacité
du verre. Ainsi, le rendement sera meilleur avec du verre de couleur noire que du
verre de couleur rouge ou de couleur bleue. L’application des cellules solaires sur
une vitre coûterait environ 10% du prix d’achat de la fenêtre.
MTI Partners a investi 2 millions de dollars dans ce projet et Oxford Photovoltaics
espère pouvoir prochainement construire une usine de fabrication afin de produire
des panneaux pour usage démonstratif en grandeur nature.
63
Principe d’un vitrage solaire photovoltaïque
Sources :
www.fenetre.comprendrechoisir.com
www.consoglobe.com
www.bulletins-electroniques.com
www.oxfordpv.com
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
LES ÉQUIPEMENTS
64
Énergie - Production
Maturité :
LES PANNEAUX SOLAIRES
HYBRIDES
Combinant la production d’énergie thermique et d’énergie
électrique, ils constituent une nouvelle solution de panneaux
solaires. Encore peu utilisés, de nouvelles recherches et
développements sont menées afin d’optimiser au mieux les deux
types de production.
Les panneaux solaires hybrides
permettent de produire de l’eau
chaude et de l’électricité, par un
système d’écoulement de l’eau
derrière les cellules photovoltaïques du
panneau, les refroidissant au passage
et permettant ainsi d’augmenter
leur rendement de production. La
température du panneau est alors
stabilisée à environ 45°C. L’eau
glycolée réchauffée naturellement
va permettre de chauffer l’eau du
ballon d’eau chaude sanitaire grâce
à un échangeur thermique. Cette eau
peut également être utilisée pour
charger calorifiquement des systèmes
de planchers chauffants basse
température, par l’intermédiaire d’un
échangeur à plaques.
Panneau solaire hybride
Ces panneaux solaires hybrides permettent un gain de place, évitant ainsi à
l’utilisateur d’avoir à placer des capteurs photovoltaïques ainsi que des capteurs
thermiques sur le bâtiment.
En raison du besoin de stabilisation à 45°C du système en température pour
favoriser la production en électricité, la production solaire thermique des
panneaux hybrides n’est pas optimale.
Les panneaux solaires hybrides de Solimpeks
La société turque Solimpeks a
développé deux panneaux solaires
hybrides : le PowerVolt et le
PowerTherm.
PowerVolt privilégie la production
d’électricité, tout en produisant
également de la chaleur thermique.
Ce panneau permet de produire 50%
d’électricité en plus qu’un panneau
photovoltaïque standard. En sortie, la
production d’électricité est de 190 W
et la production de chaleur thermique
est de 460 W. A titre comparatif, 16
m² de panneaux PowerVolt permet
de produire autant que 21m² de
panneaux standards et 4 m² de
capteurs thermiques.
PowerTherm, quant à lui, privilégie
la production de chaleur thermique,
tout en produisant également de
l’électricité. Ce panneau comprend
une plaque de faible épaisseur en fer
supplémentaire permettant de retenir
la chaleur. Il produit environ 80% de
la production en chaleur thermique
d’un collecteur standard. En sortie, la
production électrique est de 170 W et
la production thermique est de 610 W.
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
BOURGOGNE
LES ÉQUIPEMENTS
Le panneau solaire Dual Sun®
Afin d’assurer un bon échange thermique sur toute la surface du panneau, les
cellules photovoltaïques du panneau DualSun® sont pressées sur l’échangeur
thermique, le tout étant chauffé. Cette opération permet également d’assurer
une meilleure durée de vie et un bon vieillissement des panneaux, les matériaux
se déformant alors de la même manière.
DualSun® permet d’augmenter la production d’environ 5% en électricité grâce
au refroidissement des cellules photovoltaïques. Idéalement, il couvre 50% des
besoins en électricité domestique et 50% des besoins en eau chaude sanitaire.
65
Sources :
www.ecosources.info
www.dualsun.fr
www.solimpeks.com
Panneau DualSun®. Crédits photographiques : © DualSun
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
LES ÉQUIPEMENTS
Énergie - Production
Maturité :
LES CHAUDIERES MICROCOGÉNÉRATION
Une nouvelle génération de chaudière est arrivée sur le marché.
Il est maintenant possible de produire chaleur et électricité en
même temps.
BOURGOGNE
La chaudière micro-cogénération constitue la troisième génération de chaudière
après la chaudière à condensation ou la chaudière classique. A partir de la
même source d’énergie, cette chaudière permet de produire de la chaleur pour
le chauffage et l’eau chaude sanitaire ainsi que de l’électricité. Existante depuis
plusieurs années dans d’autres pays comme l’Allemagne, elle commence à se
développer peu à peu en France.
La chaudière micro-cogénération est une chaudière à condensation pouvant
fonctionner au gaz, au bois ou au fioul. Un moteur permet la production d’énergie
mécanique, transformée par la suite en énergie électrique grâce à un alternateur.
Les pertes issues de cette transformation sont récupérées sous forme de chaleur
utile.
66
Elle possède de nombreux avantages.
Elle permet de limiter les pertes
d’énergie dues au transport et à la
production d’électricité dans une
centrale, tout en limitant également
les émissions de CO2 de 35% environ
par rapport à une chaudière classique.
Son rendement global (thermique
et électrique) de 90% est supérieur
à celui de chaudières classiques
qui avoisine généralement les 70%
(thermique).
Chaudière micro-cogénération, chaudière
d’avenir ? Crédits photographiques : © Mimi
Potter - Fotolia.com
Si le raccordement d’une chaudière à micro-cogénération au circuit de chauffage
est identique à celui d’une chaudière classique, son installation exige toutefois
un raccordement au compteur électrique du réseau public et au tableau de
répartition électrique du bâtiment.
Le coût de ce système est plus élevé que celui d’une chaudière, mais cela reste à
relativiser par rapport aux avantages générés et doit s’analyser dans une réflexion
plus globale.
Utilisations d’une chaudière micro-cogénération. Crédits photographiques : © Novotek
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
Hybris Power, l’écogénérateur
de De Dietrich
Une chaudière micro-cogénération à
gaz, aussi appelée «écogénérateur»,
est commercialisée dès 2013 par De
Dietrich. Hybris Power combine la
technique de la condensation à un
moteur Stirling, permettant ainsi de
produire chaleur et électricité. Dans le
moteur Stirling, le gaz utilisé, l’hélium,
est dilaté par une partie de la chaleur
du brûleur. Grâce à un système de
refroidissement cette dilation entraîne
un piston dans un mouvement de vaet-vient, permettant ainsi de faire
fonctionner un alternateur avec une
production de 1 kW d’électricité. La
chaleur du brûleur est utilisée comme
dans une chaudière à condensation
classique.
Cette chaudière permet jusqu’à 30%
de réduction de la facture d’énergie
par rapport à une chaudière à gaz
classique de 20 ans sans régulation
et une production en électricité
correspondant jusqu’à 80% de la
consommation d’une habitation.
LES ÉQUIPEMENTS
Cogemax, la chaudière micro-cogénération de Novotek
67
Principe d’une chaudière micro-cogénération alimentée aux granulés de bois. Crédits photographiques : ©Novotek
Cogemax, commercialisée depuis janvier 2013, est une chaudière microcogénération alimentée aux granulés de bois. Elle est couplée à une turbine scroll
(turbine volumétrique à spirale) à cycle organique de Rankine. Ce cycle est composé
d’un évaporateur, d’une série de turbines, d’un condenseur et d’une pompe. De
la vapeur haute pression est générée dans l’évaporateur lorsque les granulés de
bois sont brûlés. Les calories sont transférées au fluide frigorigène grâce à un
échangeur à plaques. Le fluide frigorigène, alors sous forme gazeuse, est ensuite
détendu dans la turbine. Ce cycle permet de faire tourner un alternateur, grâce à
la détente de la vapeur, produisant ainsi de l’électricité. Les calories non utilisés
sont récupérés par le condenseur afin d’être utilisés pour l’eau chaude sanitaire
et le chauffage.
Sources :
www.ecocitoyens.ademe.fr
www.chaudiere.comprendrechoisir.com
www.dedietrich-thermique.fr
www.novotek.fr
La chaudière Cofemax permet une production d’électricité de 1,5 à 5 kW, tout en
diminuant la facture de chauffage de 75%.
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
LES ÉQUIPEMENTS
Énergie - Production
LES SYSTEMES 3 OU 4 EN 1
Chauffer, rafraîchir, produire de l’eau chaude sanitaire et même
parfois ventiler, cela est maintenant possible en un seul système.
Garantissant un gain de place considérable, les systèmes 3 ou 4
en 1 restent moins connus que les systèmes conventionnels qui
n’assurent généralement qu’une seule ou deux fonctions à la fois.
Les systèmes 3 en 1 permettent de traiter plusieurs flux. Il en existe deux types :
celui permettant la ventilation, le chauffage et le rafraîchissement d’un bâtiment
et celui permettant le chauffage, le rafraîchissement et la production d’eau
chaude sanitaire.
Le système « Ventilation - Chauffage - Rafraîchissement » allie une ventilation
double flux et une pompe à chaleur. Ce système ne permet pas le traitement du
chauffage dans son intégralité. La pompe à chaleur permet de chauffer en hiver,
et de rafraîchir en été en inversant son fonctionnement.
Le système « Chauffage - Rafraîchissement - Eau chaude sanitaire » combine
quant à lui, une pompe à chaleur, permettant de chauffer ou de rafraîchir l’air
suivant la saison, et un chauffe-eau thermodynamique.
68
Maturité :
Un autre système permet de
combiner la ventilation, le chauffage,
le rafraîchissement et la production
d’eau chaude sanitaire. Ce système 4
en 1 allie une ventilation double flux,
une pompe à chaleur et un ballon
d’eau chaude sanitaire.
Ce système a un coût plus élevé, tout
en restant cependant bien adapté
pour les logements assez compacts.
Dans tous les cas, au niveau
du chauffage, il est conseillé
de
positionner
des
vannes
électrothermiques sur les radiateurs.
Ces vannes sont un compromis
entre les bulbes électrostatiques
et les vannes électriques. Elles
correspondent à des thermostats plus
fiables et plus précis que les vannes
thermostatiques
conventionnelles
avec cependant, un temps de chauffe
plus long.
Système 4 en 1. Crédits photographiques : © Hora
Horaclim®, le système 3 en 1 de Hora
Horaclim® est un système combinant le chauffage, la ventilation double flux et
la climatisation par le plafond. Il est composé d’une centrale de traitement d’air
alimentant un réseau double flux, d’une batterie froide ainsi que d’un plafond
rayonnant. Ce plafond permet d’échanger les calories entre la pièce et l’espace
situé au dessus de chaque pièce (délimité par le plafond).
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
BOURGOGNE
LES ÉQUIPEMENTS
Plénum dynamique. Crédits photographiques : © Hora
69
L’air neuf est soufflé par l’intermédiaire d’un régulateur dans l’espace situé
au-dessus du plafond. Il permet de chauffer ou de refroidir la pièce suivant la
saison grâce à un échange thermique se produisant au niveau du plafond. L’air
est ensuite insufflé dans la pièce par soufflage à travers une fente linéaire très
discrète. L’air vicié est extrait par la centrale de traitement d’air qui récupère
l’énergie qu’il contient grâce à un échangeur.
L’air filtré peut également être refroidi ou réchauffé par la centrale de traitement
d’air suivant les besoins. En utilisant une centrale de traitement d’air, le risque
de confinement, de mauvaises odeurs et d’accumulation de substances nocives
sont évités.
Equathermie, un système 4 en 1
Commercialisé depuis juin 2012, Equathermie est un système 4 en 1 issu du
partenariat entre Aldes et GDF Suez. Ce système, comme son nom l’indique, se
compose des quatre technologies suivantes :
1. Un système de ventilation double flux permet le renouvellement de l’air
du bâtiment en fonction de l’humidité. Il récupère l’énergie de l’air extrait
afin de filtrer et préchauffer l’air neuf insufflé. L’ajout d’un by-pass évite de
préchauffer l’air en été. Ce système permet de récupérer 89% de l’énergie de
l’air extrait.
2. La répartition de l’air neuf et du chauffage est assurée par des batteries
hydrauliques intégrées dans un module de chauffage à eau. Lorsque le débit
de ventilation ne suffit pas, un ventilateur de recyclage est mis en route
permettant d’apporter une puissance supplémentaire.
3. Une chaudière à condensation gaz modulante, associée à un ballon d’eau
chaude sanitaire, permet de réguler les apports en chauffage et en eau
chaude sanitaire suivant les besoins nécessaires.
4. L’eau chaude sanitaire est produite grâce à des capteurs thermiques sur une
surface de 2 à 4 m² suivant les besoins.
Sources :
www.miaep.cerma.archi.fr
www.gdfsuez-cegibat.fr
www.hora.fr
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
LES ÉQUIPEMENTS
Énergie - Systèmes énergétiques
Maturité :
LES CHEMINÉESTHERMIQUES
Comment aider à l’obtention d’une bonne qualité de l’air à
l’intérieur des bâtiments ? La ventilation mécanique est la
solution la plus courante. Pourtant, il existe des ventilations seminaturelles, plus respectueuses de l’environnement comme, par
exemple, l’utilisation de cheminées solaires.
Une cheminée thermique, appelée aussi cheminée solaire, est une cheminée
peinte en noir. Durant la journée, les rayonnements solaires réchauffent le conduit
de la cheminée et l’air s’y trouvant à l’intérieur, créant un courant d’air ascendant.
La cheminée permet de refroidir ou de ventiler le bâtiment grâce à une dépression
créée à sa base. D’autres systèmes de chauffage existent, comme par exemple la
mise en œuvre d’une paroi vitrée en façade Sud de la cheminée (souvent réalisée
en briques de verre) qui permet une montée en température de l’air à l’intérieur
du conduit et produit donc le tirage thermique.
70
Principe d’une cheminée solaire
Une cheminée solaire comprend différents éléments. Le capteur solaire est situé
soit dans la partie supérieure de la cheminée ou bien dans tout le tube de la
cheminée. L’air chaud dans la cheminée aspire l’air frais provenant d’un puits de
ventilation.
Des bouches d’entrée d’air situées aux étages inférieurs d’un bâtiment et les
bouches de sorties d’air situées aux étages supérieurs permettent de créer
une ventilation naturelle. En effet, l’air chaud s’élève par convection. Avec une
cheminée rafraîchissante, jouant le rôle de sortie d’air, la ventilation naturelle est
améliorée. Pour cela, il faut bien évidemment que le conduit de cheminée soit
plus élevé que le point le plus haut du toit.
Afin d’obtenir un échange thermique
plus efficace entre les rayonnements
solaires et l’air du conduit, on peut
installer une surface vitrée d’une taille
plus importante que le diamètre du
conduit.
Une cheminée solaire permet de
ventiler et de rafraîchir les bâtiments,
tout en réduisant la consommation
d’énergie et les émissions de CO2.
Cheminée solaire, une solution respectueuse de
l’environnement.
Crédits photographiques : © Onidji - Fotolia.
com
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
BOURGOGNE
LES ÉQUIPEMENTS
Les cheminées thermiques, bien que connues depuis un certain temps, sont encore
peu utilisées en France. S’agissant d’un système passif et au vu des dernières
réglementations, elles risquent de se développer et de devenir plus courantes.
La cheminée solaire de Manitoba Hydro
Manitoba Hydro, située au Canada,
est une tour constituée de bureaux
comprenant une cheminée solaire.
La cheminée, d’une taille de 119m,
est constituée d’un revêtement en
aluminium dissimulant une isolation
en fibre minérale, ce qui permet
de réduire les pertes thermiques,
notamment en hiver. L’air provenant
de l’atrium situé au Nord du bâtiment
s’introduit dans la cheminée servant
de sortie d’air.
En hiver, l’air est repoussé par des
ventilateurs vers une centrale de
traitement d’air afin de le renouveler
et de ne pas perdre les calories
qu’il contient. Cette chaleur est
utilisée pour chauffer le parc de
stationnement et pour préchauffer
l’air froid entrant dans les jardins
d’hiver. En été, l’air monte dans la
cheminée par convection naturelle.
Au sommet de la cheminée, deux
surfaces noires couvertes de poudre
d’acier sont positionnées à l’intérieur
d’un cadrant en acier, stockant
l’énergie solaire. Chaque surface
comprend des tuyaux de sable afin
d’améliorer la capacité de stockage
de la chaleur. Un revêtement en verre
situé en haut de la cheminée permet
d’optimiser les gains solaires.
71
Manitoba Hydro. Architecte : Kuwabara Payne McKenna Blumberg Architects.
Crédits photographiques : © Interlaker / Wikimedia Commons / CC0 1.0
La ventilation naturelle au lycée de Damas
Yves Lion, architecte, a réalisé le lycée de Damas en lui intégrant des cheminées
solaires. Le bâtiment est entouré d’arbres, permettant ainsi d’obtenir un air entrant
plus frais. Cet air se dirige ensuite dans les cheminées thermiques peintes en noir.
Celles-ci, exposées en direction du soleil, comprennent une plaque transparente
à leur sommet.
Afin d’obtenir plus de dépression au bas de la cheminée, permettant de créer un
courant ascendant, un système de clapets et de turbines actionnées par l’énergie
solaire a été mis en place. Ce système permet d’abaisser la température intérieure
du bâtiment de 8°C par rapport à l’extéireur, sans climatisation.
Sources :
www.diy-contractor.com
www.manitobahydroplace.com
www.dominiquefirbal.wordpress.com
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
LES ÉQUIPEMENTS
Énergie - Systèmes énergétiques
Maturité :
LES PUITS CLIMATIQUES
Les puits climatiques ont fait leur apparition il y a quelques
années. Le plus souvent, il s’agit de puits climatiques à air. Mais
il existe également les puits climatiques hydrauliques. Revue des
avantages et inconvénients.
BOURGOGNE
Les puits climatiques permettent de récupérer de la chaleur ou de la fraîcheur
dans le sol et de la transférer dans un bâtiment grâce à des conduits enfouis (d’air
ou d’eau).
On parle généralement de puits canadien qui fait référence à un préchauffage de
l’air en hiver et de puits provençal qui permet le rafraîchissement d’un bâtiment
en été.Les puits climatiques ont généralement un rôle de tampon thermique.
En effet, ils profitent de l’inertie de la terre afin de lui soutirer des calories en
hiver et des frigories en été. A deux mètres de profondeur, la température du sol
varie entre 10°C et 18°C suivant la saison. En hiver, le puits climatique consiste en
un préchauffage pour de l’air extérieur en dessous de 10°C. Il permet de gagner
jusqu’à 10°C par rapport à l’extérieur du bâtiment.
72
De nombreux paramètres entrent en compte lors du dimensionnement d’un
puits climatique : le volume et la localisation géographique du bâtiment, le débit
d’air nécessaire, la nature du sol, la place disponible pour l’enfouissement ainsi
que la nature des conduits et le système de ventilation choisi. Les capacités de
récupération peuvent varier du simple au double, suivant la nature des sols et
les saisons.En mi-saison, suivant les températures, il n’est pas toujours conseillé
d’utiliser le puits climatique car il risque de refroidir inutilement le bâtiment.
Principe d’un puits climatique à air. Crédits
photographiques : © BLACK ME - Fotolia.com
Il faut établir un by-pass permettant le fonctionnement du puits en fonction
de la température extérieure. D’autre part, quelques risques de pollution de
l’air neuf circulant dans le réseau enterré (notamment par le radon ou divers
microorganismes) existent. Pour les éviter, il est conseillé de privilégier les puits
climatiques utilisant de l’eau comme fluide caloporteur intermédiaire.
Le bloc 2S Energy®, un puits canadien intégré au mur porteur dans les fondations de bâtiments
Le bloc 2S Energy® de la SAS Patrick
Ceschin est un bloc structurel creux
de fondations préfabriqué en béton, à
usage de puits canadien. Il présente en
son centre une section libre permettant
le passage de l’air et permettant ainsi
un échange thermique entre cet air
et le sol. Plusieurs couches de blocs
peuvent être empilées les unes sur
les autres afin de constituer plusieurs
passages d’air en parallèle. La couche
supérieure des blocs est refermée
par une rangée de blocs pleins ou
un couvercle constitué de dalles de
ciment armé sur lequel sera coulée
la semelle filante de la fondation en
béton armé.
Principe d’un bloc 2S Energy®
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
LES ÉQUIPEMENTS
Les fondations sont maintenues
hors-gel grâce à un prolongement
du conduit d’entrée d’air de puits
canadien en amont des fondations,
sur une longueur suffisante pour que
celle-ci soit la seule concernée par
le gel. De plus, la paroi intérieure des
blocs 2S Energy® en béton, portée
au contact de l’air saturé, retient
l’humidité à sa surface et empêche le
phénomène de condensation.
Le puits climatique à eau de l’immeuble « 255 » à Dijon
73
Coupe de principe du puits hydraulique du 255 à Dijon. Crédits photographiques : © Laurent Provost
Le puits climatique à eau du 255 est constitué d’un circuit fermé de 2000 mètres
de tuyau comprenant 24 boucles. Chaque tuyau est instrumenté avec un capteur
de température à l’aller et au retour de la boucle. Ce circuit est combiné à un
échangeur à plaque calorifugée permettant un transfert de chaleur avec un
second circuit.
Le sable, utilisé pour le terrassement, permet de garder une humidité constante
dans le sol. Afin de conserver cette humidité, les eaux fluviales y sont répandues,
lorsque ces dernières ne sont pas utilisées.
Source :
www.patrickceschin-btp.com
D’une profondeur de plus de 1,5 mètres, ce puits permet de gagner jusqu’à 7°C
par rapport à l’extérieur en hiver, réduisant ainsi les consommations en énergie.
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
LES ÉQUIPEMENTS
Énergie - Systèmes énergétiques
Maturité :
LA VENTILATION HYBRIDE
Peu connue en France, ce type de ventilation combine ventilation
naturelle et ventilation mécanique. Elle permet une économie
d’énergie substantielle ; de nouveaux développements sont à venir.
BOURGOGNE
La ventilation hybride combine la ventilation naturelle et la ventilation mécanique.
Il en existe trois types :
1.
2.
3.
La ventilation naturelle assistée est associée à la présence d’un ou plusieurs
ventilateurs à basse pression. Lorsque le tirage thermique n’est pas assez
important pour assurer les débits d’air requis, les ventilateurs fonctionnent.
La ventilation naturelle et la ventilation mécanique peuvent être alternées.
Les deux systèmes de ventilation sont complètement dissociés.
La ventilation mécanique assistée est un système de ventilation mécanique
fonctionnant avec des ventilateurs basse pression.
La ventilation hybride permet de faire entrer l’air neuf dans les pièces du bâtiment,
de le faire transiter puis d’extraire l’air vicié en utilisant des conduits de ventilation
afin d’effectuer l’évacuation en toiture par des extracteurs. Ces extracteurs sont
dits « à basse pression », soit avec une dépression inférieure à 30 Pa.
74
Ce système de ventilation hybride est encore peu utilisé en France alors qu’il
permet une économie d’énergie substantielle (par rapport au système de
ventilation mécanique) tout en améliorant les performances (par rapport au
système de ventilation naturelle). Quelques adaptations sont encore à réaliser
pour harmoniser la mise en œuvre de ce type de système à la réglementation
en vigueur, mais diverses expérimentations françaises prouvent que leur
développement est possible.
Ventileco®, ventilation naturelle hybride VNHy©
Ventileco® est un système de ventilation naturelle assistée fonctionnant grâce
à son cône à effet Venturi lorsque les conditions climatiques sont suffisantes et
avec une assistance mécanique à basse pression lorsqu’elles ne suffisent pas. Ce
système est conçu pour équiper les bâtiments existants en utilisant les conduits
de fumée et/ou de ventilation. Il en existe trois versions :
1.
2.
3.
le système EPO, signifiant Energie Performance Optimisée, qui valorise les
économies d’énergie avec des débits réglementaires réduits pendant la
période où les fenêtres restent fermées ;
le système OAI, signifiant Optimisation de la qualité de l’Air Intérieur, qui
permet une meilleure qualité de l’air tout en atteignant les débits de pointe
forcés aux heures des repas ;
le système H2O, signifiant Hygroréglable Optimisé, pour lesquels les débits
sont modulés afin de conserver un taux d’humidité satisfaisant.
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
Helys®, la ventilation hybride
hygroréglable
Le système Helys® est un système
de ventilation naturelle assistée,
hygroréglable
et
ayant
pour
assistance un ventilateur à très basse
pression. L’air neuf entre par des
grilles hygroréglables, modulant leur
section en fonction de l’évolution de
l’humidité relative. Cet air est ensuite
évacué par des grilles du même type
qui sont raccordées à des conduits
coiffés par le ventilateur. Le ventilateur
est mis en route automatiquement
grâce à l’intermédiaire d’une sonde de
température.
LES ÉQUIPEMENTS
Une maison équipée d’une ventilation hybride
L’architecte Pascal Gontier a réalisé
la maison passive Gaïta comprenant
un système de ventilation hybride
économe. Ce système débute dans les
fondations où il est branché sur l’un des
pieux de vingt mètres en polyéthylène
stabilisant le bâtiment. L’air entrant
peut-être préchauffé grâce au circuit
relié au pieu puis est véhiculé par un
conduit débouchant sur un caisson
de 10 m². Ce caisson est suspendu au
dessus de l’entrée de la maison. L’air
est réparti dans les différentes pièces
par des bouches d’insufflation puis
aboutit sur le toit grâce à la présence
d’une cheminée par l’intermédiaire
d’un autre caisson. Afin d’éviter les
déperditions thermiques en hiver, un
circuit de récupération de chaleur a
été intégré avec deux échangeurs, un
juste après l’entrée d’air et un autre
dans la cheminée.
Les conduits composant ce système
sont six fois plus larges que pour une
ventilation mécanique contrôlée.
Il est cependant économe puisque
sa consommation en énergie ne
correspond qu’au dixième de celle
d’une pompe de circulation.
75
Sources :
www.cstb.fr
www.ademe.fr
www.ekpolis.fr
www.vti.fr
Principe de la ventilation de la maison Gaïta. Architecte : Pascal Gontier
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
LES ÉQUIPEMENTS
Énergie - Systèmes énergétiques
Maturité :
LE RAYONNEMENT OPTIMISÉ
Avec les planchers chauffants basse température le confort et
l’optimisation thermique ont largement progressé. Mais il est
possible d’aller encore plus loin en exploitant les autres parois
(plafond, murs).
BOURGOGNE
Par définition, le rayonnement thermique est un transfert d’énergie faisant
intervenir l’émission, l’absorption, la réflexion, la diffraction et la transmission
d’ondes électromagnétiques selon les lois de l’optique. Ce rayonnement est
utilisé dans les bâtiments, au niveau des murs, des plafonds ou des planchers. Ces
surfaces rayonnantes transmettent les calories ou les frigories par rayonnement
grâce à des tubes dans lesquels circule un fluide chauffé ou refroidi. Les ondes
se propagent à partir du fluide vers les atomes des différents corps rencontrés
qui absorbent une partie de ces ondes, ce qui a pour conséquence d’élever ou
d’abaisser leur température.
76
Depuis quelques années, des systèmes
minces, disponibles en planchers,
murs et plafonds sont apparus. Cette
solution mince ne pèse pas plus de 20
kg/m² pour un plancher contrairement
à une installation traditionnelle qui
avait un poids compris entre 140 et
170 kg/m². Les solutions pour murs et
plafonds pèsent autour de 5 kg/m², ce
qui permet notamment une mise en
œuvre sur des structures légères.
Paroi rayonnante.Crédits photographiques :
© rigamondis - Fotolia.com
L’épaisseur de ces solutions rayonnantes est optimisée, tout en conservant les
performances isolantes, afin de respecter les réglementations thermiques.
En chauffage, les parois rayonnantes présentent une économie d’énergie de 20 à
30% par rapport à des radiateurs.
1) Tige chainée
2) Suspension Profil-C 3) Profils-C / Omega Profil-C
4) Tuile de plafond refroidie
5) Tuyau de connexion flexible
6) Tuyauterie de flux principale
7) Tuyauterie de retour principale 8) Loquet de contact
9) Poutre refroidie Plafond et mur rayonnants
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
LES ÉQUIPEMENTS
AcoSense®, les plafonds et
murs rayonnants d’Acome
Acome propose des plafonds et des
murs
chauffants-rafraîchissants
hydrauliques pour un confort basse
consommation. AcoSense® constitue
un émetteur à basse voire très
basse température, se fixant sur une
ossature métallique ou une ossature
bois. Il est associé aux générateurs
à basse et très basse température
tels que la géothermie, les capteurs
solaires,…
AcoSense® permet un changement
de température de 1°C en une dizaine
de minutes. Pour cela, le système
repose sur la circulation d’eau dans
un tube en polyéthylène réticulé qui
est maintenu dans des diffuseurs
métalliques rainurés en acier.
La surface rayonnante permet
d’obtenir 90% de rayonnement pour
un plafond à basse température, 60%
pour un mur chauffant et 80% pour
un plancher à basse température.
Exemple d’une pose de plafond rayonnant
77
Les briques rayonnantes
Les briques rayonnantes peuvent être constituées de terre crue ou de terre cuite.
Elles possèdent une encoche permettant d’accueillir des tubes, afin d’être utilisées
comme système de chauffage à basse température.
Grâce à leur masse volumique importante, les briques rayonnantes peuvent
stocker de l’énergie et permettent ainsi de réguler la température des pièces d’un
bâtiment. Associées à un chauffage solaire direct (c’est-à-dire que des capteurs
solaires thermiques chauffent l’eau des tubes passant dans les briques), la
température des tubes varie de 25°C à 45°C. Leur rendement est ainsi supérieur
d’environ 20% par rapport à un plancher chauffant conventionnel. Les briques
jouent donc le rôle de parois et de régulateurs hygrothermiques.
La société Telus propose le produit Ceratherm® qui est un système de paroi
verticale en terre cuite. Le rendement de ce système est d’environ 90% (chaleur
par rayonnement) contre 70% dans le cas d’un plancher, ce qui permet de réduire
les surfaces de rayonnement des parois. Cette société propose également le
produit Hélioterre® qui est une brique rayonnante en terre crue et qui présente
les mêmes rendements que Ceratherm®.
Sources :
www.acome.fr
www.guide-maison-ecologique.
com
www.tellus-developpement-durable-31.com
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
LES ÉQUIPEMENTS
Énergie - Systèmes énergétiques
Maturité :
LES POUTRES CLIMATIQUES
Pouvoir moduler la température juste à l’aide d’une batterie
d’échange, c’est ce que proposent les poutres climatiques. En
combinant cette batterie avec une centrale d’air, la pièce peut
également être ventilée !
BOURGOGNE
Les poutres froides, généralement installées au plafond, sont soit passives, soit
dynamiques (ou actives). En fonction de leur type et des besoins, elles permettront
le refroidissement, le chauffage et la ventilation des locaux qu’elles équipent.
Elles peuvent être intégrées dans des faux plafonds ou être installées en apparent
sous dalle.
Les poutres passives ne peuvent assurer que le refroidissement et elles utilisent le
phénomène de convection de l’air. Elles sont constituées d’une batterie d’échange
et d’un carter. L’air en se réchauffant remonte vers le plafond et au contact de la
batterie, se refroidit et part naturellement vers le sol. Les puissances sont faibles
et les appareils peuvent générer de l’inconfort, si des occupants sont à poste fixe,
directement sous les poutres.
78
Principe d’une poutre climatique passive. Crédits photographiques : © Swegon
Les poutres dynamiques ou actives, sont des appareils alimentés par de l’air
provenant d’une centrale de traitement d’air. L’air injecté dans le plénum de la
poutre, en ressort par des buses, en créant une induction de l’air ambiant (action
de mélanger l’air de la pièce avec l’ai soufflé par les buses). L’air ambiant qui
est induit, passe sur une batterie d’échange alimentée en eau froide ou en eau
chaude et permet d’assurer le refroidissement et le chauffage des locaux. Grâce
à l’induction, les puissances de chauffage et de refroidissement obtenues par des
poutres actives sont largement supérieures à celles des poutres passives.
Les fluides alimentant les poutres froides doivent être strictement contrôlés
pour éviter toute condensation ou stratification. Pour des conditions moyennes
d’utilisation, les températures seront de :
• Eau froide de 14 à 18°C pour le refroidissement (poutres passives et actives)
• Eau chaude de 35 à 60°C pour le chauffage (poutres actives uniquement)
• Air entre 14 et 16 °C en refroidissement et température neutre en chauffage,
pour les poutres actives
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
Principe d’une poutre climatique active. Crédits
photographiques : © Swegon
La poutre active CHH d’Halton
France
La poutre climatique Pacific®, installée
en faux plafond, est une poutre active
à deux voies de diffusion, combinant
rafraîchissement,
chauffage
et
ventilation, et fonctionnant sur le
principe de l’induction.
Elle est composée de deux modules:
la façade et la partie active, avec
une batterie de refroidissement et
de chauffage dotée de deux circuits
d’eau. Ces circuits permettent le
refroidissement ou le chauffage de
l’air induit sur la batterie. Cet air sera
mélangé à l’air neuf et diffusé dans la
pièce.
La poutre CHH est une poutre
active combinant rafraîchissement,
chauffage et ventilation. Elle est
conçue pour un montage en caisson
ou en cloison.
Le chauffage de la poutre climatique
Pacific® peut être assurée par des
résistances électriques associées
aux tubes de refroidissement de la
batterie.
La diffusion peut être symétrique ou
asymétrique et être rééquilibrée si les
locaux changent d’affection.
Dans la version Pacific SA, un module
complémentaire
peut
assurer
l’extraction et un complément de
ventilation ou une sur-ventilation
nocturne.
LES ÉQUIPEMENTS
Pacific
SA®,
la
poutre
climatique de Swegon
L’air neuf entre dans le plénum de la
poutre et est ensuite éjecté par des
buses et diffusé dans la pièce par une
grille de soufflage située sur la face
avant de la poutre et se mélange
à l’air ambiant. Par la suite, cet air
pénètre dans la poutre par une grille
et circule à travers une batterie sèche
comprenant des tubes en cuivre, où il
est soit refroidi, soit réchauffé. Lors de
l’éjection de l’air de la poutre, celui-ci
est soufflé parallèlement à la surface
du plafond.
La poutre active CHH ne nécessite
que des faibles débits d’air et d’eau
tant en mode rafraîchissement qu’en
mode chauffage. En ce qui concerne le
refroidissement, la température d’eau
à l’entrée de la batterie est comprise
entre 14 et 16°C et, pour le chauffage,
elle est comprise 35 et 45°C.
La poutre passive OKNP de Solid Air
La poutre climatique OKNP est une poutre passive utilisée au-dessus des faux
plafonds ou dans des applications suspendues. Elle permet le refroidissement
d’une pièce d’une hauteur sous plafond maximale de 3,5 mètres. Les charges
calorifiques internes doivent être élevées.
79
Sources :
www.xpair.com
www.swegon.com
www.halton.com
www.france.solid-air.com
La poutre OKNP est constituée d’un plénum droit en tôle d’acier et d’une batterie à
rangée simple, dans lesquels un flux d’air est généré par les écarts de température.
Dans la batterie, une faible température de l’eau augmente la puissance de
refroidissement mais elle reste limitée afin d’éviter le risque de condensation et
de courant d’air.
La hauteur du plénum de l’OKNP est importante car une réduction de celle-ci de
200 à 300 mm résulte en une perte de capacité de refroidissement d’environ 15
à 20%.
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
LES ÉQUIPEMENTS
Énergie - Systèmes énergétiques
Maturité :
LE RECYCLAGE DE LA
CHALEUR DES EAUX GRISES
Il est aujourd’hui possible de récupérer un peu de chaleur provenant
de l’eau chaude que nous venons d’utiliser. De nombreuses
systèmes se développent afin pouvoir recycler un maximum
d’énergie qui est, dans la plupart des bâtiments, perdue et rejetée
dans l’environnement.
BOURGOGNE
Les eaux grises sont les eaux usées provenant des douches, baignoires, lavabos,
machine à laver, … La récupération de la chaleur de ces eaux permet de valoriser
les calories contenues dans celles-ci. La température des eaux grises peut varier
de 10 à 35°C lors de l’évacuation, ceci dépendant de la saison, du lieu et des
usages dans le bâtiment. Les calories des eaux grises peuvent être récupérées
grâce à une pompe à chaleur ou grâce à un échangeur de chaleur.
Avec une pompe à chaleur, la chaleur des eaux grises peut être récupérée
directement à l’intérieur du bâtiment, permettant ainsi de lier production et
consommation d’eau chaude sanitaire. Une seconde solution est de récupérer
les calories par l’intermédiaire d’un réseau de drainage urbain. La température
des eaux grises varie alors de 10 à 20°C. Un échange de chaleur est effectué dans
la partie inférieure de la conduite des eaux grises, entre ces eaux et un fluide
caloporteur, grâce à un échangeur tubulaire. Ce fluide va ensuite alimenter une
pompe à chaleur dans le bâtiment.
80
La récupération de chaleur des eaux grises par l’intermédiaire d’un échangeur
peut s’effectuer selon deux systèmes.
La récupération de la chaleur des eaux
grises, une technologie d’avenir. Crédits
photographiques : © freshidea - Fotolia.com
Le
premier
système
permet
de récupérer les calories sans
accumulation. C’est-à-dire que le
rejet et la consommation d’eau doit
se produire simultanément. Une
récupération de chaleur en amont
du système de production d’eau
chaude sanitaire permet de diminuer
la quantité d’énergie nécessaire à
cette production. Une récupération de
chaleur en amont de l’alimentation
du mitigeur de la douche permet de
diminuer l‘appel d’eau chaude lors de
l’utilisation de la douche. Le système
de récupération de chaleur sans
accumulation peut être composé d’un
échangeur vertical ou d’un échangeur
horizontal valorisant uniquement les
eaux d’une douche.
Principe de la récupération de chaleur des eaux grises
Eaux grises. Crédits photographiques : ©
adrian_ilie825 - Fotolia.com
Le système de récupération de chaleur avec accumulation permet de rejeter et de
consommer l’eau chaude à des moments différents. Un échangeur tubulaire est
placé dans une cuve tampon contenant de l’eau froide.
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
La récupération de la chaleur des eaux grises via une pompe de
chaleur
Le Biofluides Energy Recycling System® permet de récupérer la chaleur des eaux
usées, non chargées, provenant d’usages domestiques ou industriels via une
pompe à chaleur combinée, développée pour cette application. L’eau chaude
sanitaire est produite pour plus de 50% grâce à ce système d’après le fabricant.
La pompe à chaleur PAC Facteur 7 permet de récupérer la chaleur des eaux usées
afin de la transférer à l’eau de ville et produire de l’eau chaude sanitaire stockée
à 58°C. Les calories sont d’abord transmises à un échangeur entre les eaux usées
et l’eau de ville avant d’arriver à la PAC Facteur 7. Selon les essais menés en
laboratoire, le coefficient de performance (COP) annuel est de 6,4 permettant
une haute performance énergétique et une production en totalité du besoin sans
appoint.
La récupération de la chaleur des eaux grises via un échangeur
vertical à contre-courant
Le Power-Pipe de Solénove Energie est
un échangeur de chaleur constitué
d’un tuyau d’évacuation en cuivre
enrobé d’un serpentin de 4 à 6 tubes de
cuivre, permettant ainsi un transfert
de chaleur des eaux usées vers l’eau
froide destinée à la production d’eau
chaude sanitaire.
La société Gaïa Green propose deux
échangeurs horizontaux. Recoh®Drain est constitué de différentes
plaques de cuivre placées après le
siphon. Les eaux usées chauffent les
plaques et sont ensuite évacuées.
L’eau froide circule dans les plaques
et est ainsi réchauffée. Recoh®-Tray
est constitué d’un échangeur de
chaleur placé après le siphon et d’un
serpentin dans lequel circule de l’eau
froide, permettant ainsi un transfert
de calories entre les eaux usées et
l’eau froide.
Ces systèmes permettent de récupérer
environ 40% de la chaleur des eaux
grises.
La récupération de la chaleur
des eaux grises via un système
avec accumulation
Le système ThermoCycle® WRG,
commercialisé par la société Energieefficiente, est constitué d’une cuve
contenant un échangeur de chaleur
en acier et d’une chambre de filtration.
Cette chambre permet de rejeter les
résidus à intervalles réguliers.
Echangeur vertical constitué de serpentins
enrobant le tuyau d’évacuation des eaux grises
Le système de la société Retherm
est constitué d’un double échangeur
permettant un transfert grâce à des
serpentins d’eau propre enroulant le
tuyau d’évacuation des eaux usées.
Le
dispositif
Recoh®-Vert
commercialisé par la société Gaïa
Green est composé d’un échangeur
coaxial avec une descente des eaux
usées dans un tube d’évacuation et
une remontée de l’eau froide autour
de ce tube.
Echangeur vertical coaxial
La récupération de chaleur
des eaux grises via un
échangeur horizontal
La récupération des calories via un
échangeur vertical peut valoriser
jusqu’à plus de 60% la chaleur issue
des eaux grises.
LES ÉQUIPEMENTS
La récupération de la chaleur des eaux grises via un échangeur est généralement
plus contraignante qu’une récupération via une pompe à chaleur. Les systèmes
avec accumulation nécessitent une consommation d’eau chaude importante afin
d’obtenir un temps de retour sur investissement intéressant.
Le système CalH2O de la société
Domelys est constitué d’un échangeur
dont le circuit primaire est raccordé à
l’eau froide et le circuit secondaire
est raccordé aux eaux usées. Un
dispositif de traitement antitartre est
situé au niveau du circuit primaire et
un dispositif de filtrage est placé au
niveau du circuit secondaire.
Sources :
www.reseaubeep.fr
www.biofluides.com
www.ereie-sas.fr
www.solenove-energie.fr
www.retherm.com
www.gaiagreen.net
www.domelys.eu
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
81
LES ÉQUIPEMENTS
Énergie - Stockage
Maturité :
LE STOCKAGE DE L’ÉNERGIE
THERMIQUE
Lisser et optimiser les consommations énergétiques devient
une nécessité. Le stockage est une solution et d’importants
développements sont à venir dans les prochaines années. Déjà,
certains matériaux comme ceux à changement de phase ou le
coulis de glace permettent de stocker calories ou frigories.
BOURGOGNE
Le stockage de l’énergie peut se faire sous différentes formes, dont quelquesunes peu utilisées dans le bâtiment de nos jours. Parmi celles-ci, les technologies
d’avenir concernent notamment le stockage de chaleur grâce aux matériaux à
changement de phase et le stockage de froid grâce au coulis de glace.
82
Les matériaux à changement de
phase (MCP) permettent de stocker
de la chaleur lorsqu’ils passent à
l’état liquide et la restitue lorsqu’ils se
solidifient. L’énergie est donc stockée
sous forme de chaleur latente. Le
changement de phase a lieu entre
19 et 27°C selon les matériaux.
Ils peuvent être mélangés à des
matériaux de construction. Les MCP
peuvent également être conditionnés
dans des billes microscopiques en
matière plastique mélangées au
plâtre ou au béton : ce procédé
s’appelle la micro-encapsulation. Ils
peuvent aussi être incorporés dans
les pores d’un matériau : il s’agit de
l’imprégnation.
Les matériaux à changement de phase
peuvent subir une surfusion lorsqu’ils
Principe d’un matériau à changement de phase
sont inorganiques. La surfusion survient lorsque le matériau est à l’état liquide
alors que sa température est inférieure à la température de cristallisation. Elle
empêche l’utilisation de la chaleur latente de phase à la température souhaitée.
De plus, les MCP ont une conductivité thermique assez faible, empêchant un bon
transfert thermique. Il faut donc faire en sorte d’obtenir une épaisseur à traverser
la plus petite possible.
L’application des MCP au stockage inter-saisonnier constitue de nouvelles
recherches. En effet, les volumes de stockage sont conséquents d’où la nécessité
de l’emploi d’un matériau à forte densité énergétique afin d’assurer la compacité
du système. Un sel hydraté représenterait donc un choix intéressant mais cela
enduirait de nombreux problèmes comme par exemple la corrosion entre le sel et
le matériau du container.
Afin de voir apparaitre de applications des MCP au stockage à long terme, de
nombreux projets sont en cours, notamment aux USA, avec par exemple le projet
Metallic Composites Phase-Change Materials for High-Temperature Thermal
Energy Storage développé au MIT sur les nanomatériaux fondus.
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
Principe du stockage inter-saisonnier
Concernant le coulis de glace, plus la température est basse, plus le fluide
deviendra visqueux car plus riche en glace. Il faudra alors plus d’énergie pour le
transporter.
Micronal® PCM, un matériau à changement de phase de BASF
Seuils de température de Micronal® PCM
Il s’agit d’un matériau à changement
de phase composé de microbilles
de paraffine. Ces dernières sont des
microcapsules en polymère mesurant
5 micromètres de diamètre et
contenant de la cire de paraffine. La
gamme comprend trois mélanges
de cire de paraffine différents afin
d’avoir trois seuils de température
de changement de phase différents.
Selon les besoins, les seuils de
température sont à 21, 23 ou 26°C. Le
seuil de 21°C peur servir pour obtenir
un système de refroidissement de
surface. Le seuil de 23°C est utilisé
pour la stabilisation de la température
intérieure. Le seuil de 26°C permet de
se protéger d’une forte chaleur en été.
Le coulis de glace mis en
œuvre au CHU de Lyon
Pour refroidir toute la chaîne de froid
et les chambres froides, le CHU de
Lyon dispose d’un coulis de glace qui
circule dans le bâtiment. Des groupes
de production de froid fabriquent des
cristaux de glace qui sont ensuite
mélangés à de l’eau glycolée. Ce
coulis est stocké dans deux silos
de 80 m3 chacun. Ainsi la taille des
groupes de production sont réduites
puisque ce sont les silos qui gèrent
les pics de consommation. De plus,
ils fonctionnent de façon décalée par
rapport au processus, ce qui permet
d’obtenir des installations électriques
sous-dimensionnées. L’air frais est
diffusé dans les cuisines grâce à des
gaines textiles et à des vitesses de
soufflage assez faible afin de ne pas
perturber le confort de l’utilisateur.
83
Micronal® est utilisé dans plusieurs produits :
* Knauf PCM Smartboards ™ est une plaque de plâtre composé de microbilles de
paraffine Micronal® PCM. Deux plaques de 1,5 cm de Knauf PCM SmartBoards™
peuvent absorber autant de chaleur que 16 cm de béton ou 36,5 cm de briques
creuses.
* Maxit Clima® est un enduit de plâtre avec du Micronal® PCM incorporé, développé
par la société Maxit en collaboration avec BASF. Une couche de 3 cm de cet enduit
permet de stocker autant d’énergie que 8 cm de béton, 13 cm de plâtre ordinaire
ou 29 cm de briques creuses.
* CelBloc Plus® est constitué de
béton cellulaire avec Micronal® PCM
incorporé. Il s’agit d’une pierre très
isolante limitant au maximum les
fluctuations de température sur la
surface de la paroi intérieure.
LES ÉQUIPEMENTS
Le coulis de glace est un mélange aqueux (eau-éthanol, eau-NaCl, eau-glycol)
qui, refroidi en-dessous de leur température de congélation, se chargent en
microcristaux de glace, tout en restant fluide. Il est fabriqué au niveau d’une
boucle frigorifique primaire. Une pompe assure la circulation de ce coulis jusqu’aux
lieux d’utilisation de froid où la fusion des cristaux de glace améliore l’efficacité
du refroidissement. Le coulis de glace permet un transport du froid plus efficace
grâce à la chaleur latente de fusion des cristaux. Il permet de stocker le froid et de
le restituer à la demande.
Sources :
www.materiaux-changement-phase.com
www.theses.insa-lyon.fr
www.micronal.de
www.chu-lyon.fr
CelBloc Plus®
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
LES ÉQUIPEMENTS
Énergie - Stockage
LE STOCKAGE DE L’ÉNERGIE
ÉLECTRIQUE
Croissance de la demande en énergie et intermittence des énergies
renouvelables conduisent à étudier avec de plus en plus d’intérêt
le stockage de l’énergie électrique.
D’après Jeremy Rifkin, fondateur et président de la Fondation pour les tendances
économiques (FOET), la troisième révolution industrielle qui aurait démarré au
milieu du 20e siècle, repose sur cinq piliers, dont l’un concerne le stockage pour un
besoin futur de l’énergie générée par des sources renouvelables intermittentes.
84
Le stockage hydraulique de l’électricité
consiste en deux retenues d’eau à
des hauteurs différentes. Lorsque le
besoin en électricité se faite ressentir,
une partie du réservoir supérieur est
vidée et passe dans une turbine qui
produit de l’électricité (turbinage).
Lorsque de l’électricité est produite
en surplus, elle alimente une pompe
que permet de relever l’eau jusqu’au
réservoir supérieur (pompage). Cette
solution est couramment utilisée
dans le monde, au niveau de barrages
de montagne ou en bord de mer.
Cependant, elle n’est pas souvent
appliquée directement au secteur du
bâtiment.
Pour le stockage hydraulique, les pertes
dues à la transformation d’énergie (au
niveau du cycle pompage / turbinage)
sont de l’ordre de 15 à 30%.
Principe du stockage d’énergie électrique par pompage et turbinage
Le stockage hydraulique de la résidence Goudemand
Autonomie énergétique de la résidence Goudemand. Crédits photographiques : ©Pas-De-Calais Habitat
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
Maturité :
PROTOTYPE
En journée, les panneaux solaires et les éoliennes produisent de l’énergie stockée
sur des batteries chimiques. Lorsque les batteries sont chargées au maximum,
l’énergie produite supplémentaire permet d’alimenter une pompe qui permet
de réinjecter l’eau contenue dans les cuves vers le bassin en terrasse. Dans la
nuit, lorsque les batteries atteignent le seuil de stockage critique, une vanne est
activée et libère l’eau du bassin en terrasse, ce qui permet d’alimenter une turbine
et de recharger les batteries.
Le stockage d’énergie sous forme
d’hydrogène nécessite la mise en
oeuvre d’une série de technologies
LES ÉQUIPEMENTS
La résidence Goudemand, située à Arras dans le Pas-de-Calais, permet de produire
de l’énergie grâce à 9 panneaux solaires de 240 Wc et à 2 éoliennes de 500 Wc.
Cette énergie peut être stockée grâce à un bassin de rétention d’eau de 60 m3 en
terrasse et une cuve de rétention d’eau de 10 m3 dans le sous-sol.
dont certaines sont encore en phase
de développement.
Principe du stockage d’énergie sous forme d’hydrogène
85
L’hydrogène peut être fabriqué par
électrolyse de l’eau grâce à une
cellule composée d’une anode et
d’une cathode, toutes deux reliées à
un générateur de courant continu et
séparées par un milieu conducteur
ionique appelé électrolyte. Son
rendement varie de 60 à 65%.
Le stockage de l’hydrogène peut être
réalisé sous deux formes : gazeuse
(dans des réservoirs en acier ou des
réservoirs souterrains) ou liquide sous
pression.
La transformation d’hydrogène en
électricité se fait grâce à une pile à
combustible, ayant pour combustible
l’hydrogène fourni en continu et ayant
pour comburant l’oxygène de l’air. Le
principe de fonctionnement d’une pile
à combustible est l’inverse de celui de
l’électrolyse. Son rendement varie de
50 à70%.
Principe de l’électrolyse de l’eau.
Crédits photographiques : © Jn Gautier / Wikimedia Commons / CC-BY-3.0
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
LES ÉQUIPEMENTS
La Greenergy Box™ d’Areva
La Greenergy Box™ d’Areva, composé
d’un électrolyseur et d’une pile à
combustible, permet le stockage
d’hydrogène et d’oxygène obtenus
après électrolyse de l’eau en période
de faible demande en énergie et la
production d’électricité lors d’une
forte demande. Il s’agit d’un dispositif
permettant de lisser la production
électrique avec une capacité de
charge/décharge rapide et d’ajuster
son fonctionnement en fonction des
demandes en énergie et de disposer
ainsi d’une solution d’alimentation
électrique autonome.
Principe de la pile à combustible. Crédits photographiques : © Mion / Wikimedia Commons / CC-BY-3.0
Au final, le stockage de l’hydrogène n’aurait un rendement que d’environ 30%.
Cependant, l’hydrogène peut stocker la plus grande densité d’énergie, sans
pertes de pression dans le temps.
86
Au stade actuel, la compression de l’hydrogène est énergivore et nécessite des
compresseurs spéciaux et coûteux. De plus, la liquéfaction de l’hydrogène absorbe
35% de son contenu énergétique et nécessite une très forte isolation thermique
des systèmes.
Le projet Desphega de l’Université de Saragosse
L’Université de Saragosse a développé
un système permettant de stocker
l’énergie électrique sous forme
d’hydrogène de manière plus efficace
et plus économique. Les chercheurs
de
l’INA
(Institut
universitaire
des Nanosciences d’Aragón) ont
développé des diaphragmes qui sont
des électrolyseurs alcalins permettant
de réaliser l’électrolyse de l’eau en
séparant de manière plus pure et
moins énergivore l’hydrogène de
l’oxygène. Ce projet, appelé Desphega,
est le fruit d’une collaboration entre
l’université et les entreprises Acciona
Energía et Ingeteam.
Les diaphragmes synthétisés ont été
brevetés et sont produits à une échelle
moyenne. Ils sont également testés
au Centre National d’Hydrogène et
dans les installations des entreprises
partenaires
en
utilisant
des
électrolyseurs avec une architecture
modulaire multicellulaire dans des
unités allant jusqu’à 50 kW.
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
Areva installera la deuxième Greenergy
Box™ au cours du dernier trimestre
2013 à La Croix Valmer et celleci sera connectée à des panneaux
photovoltaïques de 35 kWc situés sur
un bâtiment public. La première avait
été installée sur la plateforme Myrte
en Corse début 2012. Les premiers
résultats sur cette plateforme ont
démontré l’efficacité des solutions
hydrogène en environnement réel.
LES ÉQUIPEMENTS
Le stockage à air comprimé
Pierre Nadaud et Patrick Leroy sont les co-inventeurs d’un système de stockage
à air comprimé. Le brevet, qu’ils ont déposé en 2012, présente une installation
d’énergie permettent de stocker l’énergie, d’origine mécanique ou électrique,
et de restituer cette énergie à la demande de l’utilisateur d’énergie électrique.
La gestion de l’énergie électrique peut ainsi être décentralisée, ce moyen de
stockage pouvant être développé au plus près de la production d’énergie et de sa
consommation.
87
Principe de fonctionnement du stockage à air comprimé développé par Pierre Nadaud et Patrick Leroy
Le principe est le suivant : l’énergie est généralement fournie par une source
mécanique entraînant une génératrice électrique alimentant l’utilisateur.
L’énergie mécanique non utilisée par la génératrice est prélevée afin d’entraîner
un compresseur d’air et de stocker l’air comprimé. Cet air sera ensuite prélevé
afin d’être détendu et de récupérer l’énergie mécanique, entraînant la génératrice
électrique lorsque l’énergie fournie par la source est insuffisante pour répondre à
la demande de l’utilisateur.
Le fonctionnement de cette installation est souple et sa réalisation ne nécessite
pas d’investissements disproportionnés.
Sources :
www.ifpenergiesnouvelles.fr
www.techniques-ingenieur.fr
www.lemoniteur.fr
www.aragonuniversidad.es
www.areva.com
www.enerzine.com
www.hydrogenics.com
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
LES ÉQUIPEMENTS
Gestion technique
LESTECHNOLOGIES SANS FIL
Vous avez omis de prévoir le câblage nécessaire à vos volets
roulants ? Ne paniquez pas, les technologies sans fil permettent
de faire fonctionner vos volets sans câblage entre ces derniers et
la télécommande ! Sans fil et voire sans pile, cette solution est en
train de s’installer dans beaucoup de bâtiments.
Les technologies sans fil se sont énormément développées ces dernières années.
Un essor important pour connecter les différents systèmes dans un bâtiment
est à noter, sa mise en œuvre étant plus aisée et moins coûteuse, notamment
dans un bâtiment en rénovation n’ayant prévu aucun câblage. Ces technologies
peuvent être appliquées pour se connecter à des réseaux internet (via le Wifi, la
3G, …) à partir de divers appareils (ordinateur, mobile, tablette, …) ou, bien encore,
pour la gestion de la domotique d’un bâtiment.
Ces avancées dans les technologies sans fil ont permis de développer des capteurs
à faible coût consommant peu d’énergie assurant la capture des données, le
calcul des informations à l’aide des valeurs collectées et la communication à
travers un réseau de capteurs.
88
Réseau de capteurs sans fil
Un réseau de capteurs sans fil est
composé d’un ensemble de nœuds
capteurs, organisés en champs. Un
nœud capteur est composé d’un
processeur, d’une mémoire, d’un
émetteur/récepteur
radio,
d’un
ensemble de capteurs et d’une pile
pour certains. Chacun de ces nœuds
permet de collecter des données et
de les transférer au nœud passerelle.
Puis ces données sont transmises
par internet ou sur un mobile ou un
ordinateur. Dans un bâtiment, les
réseaux de capteurs peuvent avoir
plusieurs applications : détection
d’intrusions, contrôle de l’éclairage, des
volets roulants, de la consommation
en énergie,…
Certains nœuds peuvent générer des
erreurs ou ne plus fonctionner par un
manque d’énergie, ou à cause d’un
problème physique ou d’interférences.
De plus, un capteur est limité en
énergie et dans la plupart des cas,
le remplacement de la batterie est
impossible. Cela signifie que la durée
de vie d’un capteur dépend de la
durée de vie de la batterie. Mais afin de
pallier ce problème, des technologies,
décrites dans la suite de cette fiche,
sont apparues.
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
Maturité :
LES ÉQUIPEMENTS
EnOcean®, la technologie sans fil et sans pile
EnOcean® permet de récupérer
l’énergie environnante et de la
transformer grâce à des microconvertisseurs,
permettant
ainsi
d’alimenter des capteurs sans fil, des
interrupteurs ou des actionneurs.
Cette énergie est récupérée à partir
d’un léger changement faisant
suite au mouvement du bouton
d’un interrupteur, d’une pression
ou de vibrations sur un matériau
piézoélectrique ou, bien encore, à
partir d’une variation de lumière
ou de température. Les produits
utilisant cette technologie peuvent
communiquer sur des ondes courtes
avec une faible consommation
d’énergie.
ECT310, convertisseur EnOcean d’énergie thermique en électricité. Crédits photographiques :
© EnOcean GmbH / Wikimedia Commons
Afin de développer cette technologie autour d’un standard offrant une
interopérabilité, l’Alliance EnOcean, regroupant plus de 300 membres, a été créée
en 2008. Ce standard permet notamment une communication entre les capteurs
d’un fabricant avec les récepteurs d’un autre.
89
Trio2Sys, membre de l’Alliance EnOcean
L’entreprise bourguignonne Trio2Sys
fabrique des produits équipés de la
technologie EnOcean®. Tous ses
capteurs émetteurs permettent de
récupérer l’énergie environnante,
soit grâce à des cellules solaires,
par pression sur un bouton pour les
interrupteurs ou, bien encore, par
rotation de la poignée de la fenêtre
(à chaque quart de tour) pour la
détection des ouvertures. Une minitélécommande permet le contrôle
de l’éclairage, des lamelles de stores
vénitiens et des appareils équipés de
récepteurs EnOcean.
Afin de dialoguer avec le monde de la
radiocommunication EnOcean, il est
possible de disposer d’une passerelle
bidirectionnelle
comprenant
un
connecteur USB, que l’on peut ainsi
brancher à tout appareil équipé d’un
port USB, comme un ordinateur.
Cette passerelle permet la réception
de trames émises depuis un (ou
plusieurs) capteur(s), l’émission de
messages vers un (ou plusieurs)
actionneur(s), la gestion à distance,
la programmation d’une action
répétée,… 90 télégrammes EnOcean
peuvent être gérés par seconde.
Sources :
www.moodle.utc.fr
www.enocean.com
www.blog.univers-domotique.com
www.trio2sys.fr
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
LES ÉQUIPEMENTS
Gestion technique
LA MOTORISATION DE VOLETS ET
DE PERSIENNES
La motorisation autonome des volets et persiennes est une solution
qui se développe dans le but de moduler les apports solaires et les
débits d’air sans intervention.
Ouvrir et fermer ses volets et persiennes peut aujourd’hui s’effectuer d’un seul
geste ou bien à l’aide de scénarii adaptés aux besoins de l’utilisateur. Cette
motorisation permet de réguler les apports solaires. Une motorisation des
persiennes au niveau des diffuseurs et bouches de ventilation permet, quant à
elle, de moduler les débits d’air suivant la qualité de l’air et l’occupation d’une
pièce.
La motorisation des volets et des persiennes, bien que devenue un standard,
connaît de nouveaux développements permettant l’économie d’énergie, tout en
assurant fiabilité et confort.
Lindinvent AB, un système de freecooling
90
Maturité :
Lindinvent a mis sur le marché un
système de ventilation qui économise
l’énergie en prenant en compte le
taux d’occupation des pièces.
Un système de persiennes motorisées
est piloté en temps réel par des
capteurs qui permettent également
d’ajuster le débit de la ventilation.
Lorsque le besoin d’air est faible,
les persiennes sont fermées, puis
s’ouvrent lorsque certains indicateurs
sont atteints (taux de CO2, comptage
d’entrées,…). Les capteurs peuvent
aussi être connectés à l’éclairage
et autres appareils électriques pour
allumer et éteindre en fonction de la
présence de personnes dans la salle.
Un
système
de
ventilation
Système de ventilation Lindinvent
conventionnelle consomme environ
150 kWh par mètre carré de surface de plancher chaque année. Mais des solutions
construites par Lindinvent permettent d’abaisser la consommation aux alentours
de 75 kWh par mètre carré par an.
Ce système a reçu deux importants prix suédois pour l’efficacité énergétique :
Stora Inneklimatpriset (Prix Indoor Climate) et Stora Energipriset (Energy Prize).
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
BOURGOGNE
motorisation
utilisant
la
technologie
Soprofen propose M-Soft 2, une motorisation des volets roulants. Celle-ci se
caractérise par son moteur radio bidirectionnel permettant de commander
les volets de manière silencieuse et par une nouvelle gamme dotée de la
technologie bidirectionnelle. Cette technologie permet d’augmenter la portée des
télécommandes et de fiabiliser la transmission en recherchant automatiquement
par le signal radio une voie alternative lorsque la connexion directe est perturbée.
L’émetteur émet simultanément pour plusieurs récepteurs. De plus, les
télécommandes reçoivent une réponse confirmant la réception du message. La
gamme d’émetteurs, dont fait partie le capteur Lumo, est large. Ce dernier permet
de gérer la montée et la descente du volet en fonction de l’ensoleillement.
Le moteur radio bidirectionnel
est disponible en 5 puissances,
permettant ainsi de s’adapter aux
dimensions des volets roulants. Les
claquements en fin de course sont
supprimés grâce à un relâchement en
butée haute et un ralentissement du
volet lorsqu’il arrive en bas. Lorsqu’un
obstacle est rencontré, le moteur
s’arrête automatiquement pour éviter
tout endommagement et remonte
ensuite d’environ 15 cm.
LES ÉQUIPEMENTS
M-Soft 2, une
bidirectionnelle
Sources :
www.lindinvent.se
www.soprofen.fr
La motorisation des volets, un moyen de réguler plus facilement les apports solaires ?
Crédits photographiques : © meailleluc.com Fotolia.com
91
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
LES ÉQUIPEMENTS
Gestion technique
LES BOÎTIERS D’EFFACEMENT
DE LA CONSOMMATION
ELECTRIQUE
Effacer sa consommation, ce n’est pas ne plus payer de facture
d’électricité mais les boitiers d’effacement de la consommation
peuvent, dans certains cas, permettre de faire quelques économies
et surtout d’équilibrer le réseau électrique. Analyse détaillées de
ces boitiers.
Maturité :
BOURGOGNE
L’électricité est difficilement stockable. Ainsi, le réseau électrique doit en
permanence être en équilibre entre l’offre et la demande. Lors des situations
où la consommation dépasse la production, les producteurs augmentent leurs
capacités fortement émettrices de CO2.en heures de pointe. Une autre solution
est aujourd’hui possible et commence à se développer. Il s’agit de l’effacement
résidentiel, également appelé effacement diffus.
92
L’effacement résidentiel consiste à diminuer temporairement la consommation
d’électricité d’un grand nombre de sites afin de réduire la demande. De manière
synchronisée, des équipements d’un logement peuvent être non alimentés. Pour
mettre en œuvre l’effacement de la consommation, il suffit de mettre en place
un boitier sur le tableau électrique, permettant de mesurer et de commander
certains systèmes en temps réel, tels que le chauffe-eau et les radiateurs. Ce
boitier est associé à un système d’information recueillant les données et générant
les ordres de modulation.
L’utilisateur souscrivant à se service ne s’occupe pas de piloter le système puisque
il est assuré à distance par un opérateur. Selon le contrat signé, l’utilisateur peut
tout de même débrayer manuellement le système.
Bien que des économies soient
effectuées sur un temps court, elles
peuvent être annulées par un surplus
de consommation suite à la période
d’effacement, par exemple pour
remettre le logement à la température
souhaitée. Il s’agit de l’effet « report ».
Si cet effet est maîtrisé, selon l’ADEME,
les économies réalisées, en fonction
du scénario, varient de 6,8 à 8,3%.
De plus, si le dispositif est déployé
massivement au niveau local et qu’il
est mal géré, il peut entraîner un
déséquilibre du réseau. Enfin, il faut
prendre en compte la confidentialité
des données de leurs consommations
personnelles afin de respecter la vie
privée des utilisateurs.
Graphe présentant la puissance appelée en fonction du temps
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
LES ÉQUIPEMENTS
Voltalis, le boîtier d’ajustement diffus
Voltalis est un boîtier qualifié par RTE comme acteur d’ajustement diffus. Ce
boitier permet de moduler les consommations électriques d’un logement et,
ainsi, d’obtenir une facture d’électricité allégée. Pour cela, l’opérateur suspend
de 10 à 30 minutes le cycle de certains appareils. Le boitier Voltalis est gratuit.
Voltalis vend son effacement de pics de consommation à RTE.
Opérateur participant à la gestion du réseau électrique
93
Demand Response Management System (DRMS), la solution
d’Energy Pool
Energy Pool, leader européen du
Demand/Response, propose un boîtier
d’effacement de la consommation
associé à un portail « consommateurs
et clients ». La société a notamment
enregistré un record historique
d’effacement énergétique le 5 avril
2013. Les températures ayant été
très basses en début d’année 2013,
une surconsommation a mené à
la saturation du réseau électrique
français. La consommation avait
atteint une puissance appelée de 75
GW soit 10 GW de plus que la moyenne
enregistrée traditionnellement un 5
avril. Energy Pool a donc fait appel à
près de 80 de ses partenaires, qui sont
des moyens et gros consommateurs
d’électricité français, afin d’arrêter
totalement ou partiellement leur
consommation en échange d’une
rémunération. Ainsi, Energy Pool
a effacé 510 MW, soit l’équivalent
de plus de 50% des capacités d’un
réacteur nucléaire. Energy Pool peut
donc garantir un effacement de
700MW tout en sécurisant le réseau
électrique national.
Sources :
www.ademe.fr
www.voltalis.com
www.energy-pool.eu
www.cleantechrepublic.com
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
LES ÉQUIPEMENTS
Gestion technique
LE COMPTAGE INTELLIGENT
Savoir qui consomme quoi dans le bâtiment, c’est désormais
possible grâce au comptage intelligent qui se développe
progressivement depuis peu de temps et ne nécessite pas de poser
un compteur sur tous les appareils.
La performance énergétique nécessite la connaissance de l’état réel du bâti, donc
des mesures des consommations par poste à l’intérieur du bâtiment ainsi que des
facteurs d’influence de ces consommations. Ainsi, les usagers, connaissant leurs
consommations peuvent ensuite agir sur leurs pratiques et leurs habitudes pour
les réduire.
Le comptage intelligent est situé en aval du compteur divisionnaire et permet
de mesurer les consommations par usage et par zone, de les afficher et de les
communiquer vers des systèmes externes (GTB, GMAO, autres systèmes de
gestion de l’énergie, …).
94
Maturité :
Un comptage intelligent est généralement composé d’une fonction de
communication (de type Modbus, KNX, Mbus, Ethernet …) et des fonctions de
mesure pour connaître les paramètres essentiels du réseau (puissances, tension,
courant, facteur de puissance, …). Il peut également mesurer des puissances
moyennes par période de 10 mn afin de connaître le profil des consommations,
les taux de distorsion pour les réseaux subissant des déformations de charge
importantes. Des fonctions d’alarme lors d’une surconsommation excessive
peuvent être intégrées. De plus, des consignes de commande, des mesures de
facteur externes et des mesures de fluides peuvent être ajoutées.
Les utilisateurs du comptage intelligent sont multiples : l’ « Energy manager »
(en charge de la gestion de certification, de négociation de contrats de fourniture
énergétique, de programme d’optimisation de consommations, …), le gestionnaire
financier (en charge de la refacturation des consommations), le « Facility Manager
», le responsable maintenance (dans les bâtiments industriels, tertiaires et les
logements collectifs) et les usagers des locaux.
Linky, le compteur d’ERDF
D’ici 2020 au plus tard, le compteur
Linky sera arrivé dans les foyers
français. Linky est un compteur
communicant, ne nécessitant pas
l’intervention physique d’un technicien
pour recevoir et envoyer des données
et des ordres. Afin de pouvoir assurer la
gestion à distance, Linky communique
avec un concentrateur qui est intégré
aux postes de transformation gérés
par ERDF et qui est relié à un centre de
supervision d’ERDF.
ERDF garantit la protection de la
vie privée du client par un cryptage
des données dès la source. De plus,
la facturation de la consommation
ne sera plus effectuée à partir
d’estimations mais de consommations
réelles. ERDF garantit également des
interventions plus simples et plus
rapides (du jour au lendemain et non
sur 5 jours).
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
BOURGOGNE
LES ÉQUIPEMENTS
Smart Analyzer®, un compteur intelligent de Smart Impulse
Smart Analyzer® est un compteur électrique qui se base sur des algorithmes
analysant le signal électrique traversant une installation électrique, permettant
ainsi d’identifier la consommation de chaque type d’appareil dans un bâtiment
(éclairage, informatique, ventilation,…). Il peut être mis en place en moins de
deux heures et sans coupure de courant sur le tableau général basse tension.
Branchement du Smart Analyzer®.
Crédits photographiques : © Smart Impulse
95
Solution Smart Analyzer®. Crédits photographiques : © Smart Impulse
Smart Impulse propose deux échelles de mesure : la campagne de mesure et le
suivi de consommations. La campagne de mesure permet d’obtenir un diagnostic
de la performance énergétique du bâtiment grâce à la mise en place du Smart
Analyzer® pour une durée d’un mois. Le suivi des consommations permet de
pérenniser la performance énergétique du bâtiment avec une mise en place du
produit pour une durée allant de un à cinq ans.
Sources :
www.j3e.guide3e.com
www.smart-impulse.com
www.erdfdistribution.fr
Suivi des consommations grâce au Smart Analyzer®. Crédits photographiques : © Smart Impulse
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
LES ÉQUIPEMENTS
Gestion technique
LE PILOTAGE DE LA CONSOMMATION
Le pilotage énergétique correspond à l’ensemble des moyens mis
en œuvre pour maîtriser les consommations énergétiques d’un
bâtiment. Il permet de mesurer, d’analyser et de comparer les
consommations et les dépenses énergétiques.
Afin de pouvoir identifier les différentes possibilités d’économie, il est nécessaire
d’effectuer un audit énergétique en amont qui permet de mesurer de façon
globale la performance énergétique d’un bâtiment. Il s’agit d’une première
analyse du fonctionnement et du comportement du bâtiment.
Le pilotage de la consommation permet
de réduire les consommations grâce
à ce premier audit mais également
grâce au suivi sur une longue
période de ces consommations. Les
analyses présentées aux utilisateurs
permettent de modifier leurs pratiques
et habitudes et les encourage à
réduire leurs consommations.
96
Bien entendu, le pilotage énergétique
incite les utilisateurs à prêter plus
d’attention à leurs consommations
mais il ne peut cependant pas agir à
leur place.
Amélioration de l’efficacité énergétique grâce au pilotage des consommations
au travers d’un cycle
Le pilotage énergétique d’ABB
La société ABB, présente en
Bourgogne, propose de nombreuses
solutions pour l’habitat afin de piloter
les
différentes
consommations
d’énergie. Les produits que cette
société présente sont très variés :
capteurs, actionneurs, détecteurs,
passerelles, compteurs, logiciels,
superviseurs, …
Protocole KNX permettant le pilotage de la
consommation
ABB est certifié au sein de l’Association KNX dont le système correspond au
système d’installation intelligente leader dans le monde. Dans le monde, des
milliers de bâtiments sont équipés de plus de 10 millions de produits KNX.
Il s’agit d’une plateforme commune et ouverte garantissant la compatibilité et
l’interopérabilité des produits de tous les fabricants. Ainsi, les produits proposés
par la société ABB peuvent également être associés à des produits d’autres
fabricants certifiés par l’Association KNX.
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
Maturité :
LES ÉQUIPEMENTS
HiKoB Intelligent Building, une solution pour le pilotage
énergétique d’HiKoB
HiKoB Intelligent Building permet le pilotage ainsi que la maîtrise énergétique et
technique dans un bâtiment. Cette solution est constituée de quatre composants.
HiKoB Wolf est un capteur sans fil et autonome en énergie communicant en
temps réel. Il est équipé de sondes externes comme des sondes de température,
des sondes de gaz,… HiKoB Azure Lion est un routeur autonome en énergie et
sans fil. Equipé de deux interfaces radio fréquence, il permet d’étendre la zone
de portée et de couverture. HiKoB Gateway est une passerelle permettant
d’interfacer l’infrastructure du réseau radio de la solution avec un réseau Ethernet
ou sans fil. Le dernier composant est l’HiKoB Network Manager qui est un logiciel
de supervision et d’administration. Il permet de mettre en place, de piloter et de
contrôler le réseau de capteurs.
Sources :
www.b2b-energies.ubigreen.com
www.abb.com
www.hikob.com
97
Déploiement type de la solution HiKoB Intelligent Building
Le transfert de l’information
L’information peut être transmise suivant le schéma suivant :
Les plateformes logicielles et les maisons connectées font partie des fiches
suivantes.
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
LES ÉQUIPEMENTS
Gestion technique
LES PLATEFORMES LOGICIELLES
Pourquoi ne pas contrôler tous les systèmes d’un bâtiment à
partir d’un même point, en suivant la même programmation ? Les
plateformes logicielles se développent sous des formes de plus en
plus ludiques.
Afin d’assurer une gestion technique dans un bâtiment, les plateformes logicielles
sont indispensables. En effet, c’est bien sur ces dernières que les utilisateurs vont
pouvoir suivre leurs différents équipements tout en pouvant les superviser (grâce
à des programmations, des scénarii, …).
Les plateformes logicielles doivent donc être ergonomiques afin de faciliter la
lecture de l’utilisateur, avec des termes clairs et précis pour que tout public puisse
les utiliser. Ces plateformes peuvent être utilisées pour gérer plusieurs bâtiments
à la fois.
Bien que ces plateformes commencent
à être connues, les entreprises
n’hésitent pas à trouver des solutions
pour que celles-ci soient toujours plus
ergonomiques, faciles à utiliser tout
en permettant une meilleure gestion
technique du bâtiment.
98
Maturité :
Plateforme logicielle, un outil pour programmer
plus facilement. Crédits photographiques :
© kromkrathog - Fotolia.com
QEO, la plateforme de QEO
QEO est un logiciel reliant les écosystèmes lancé début 2013 par Technicolor.
Cette plateforme logicielle permet une parfaite interopérabilité entre terminaux et
applications, quels que soient leurs marques et écosystèmes. Elle regroupe l’accès
à des services de divertissement, de communication, de médias personnels et de
domotique. L’utilisation de cette plateforme regroupant de multiples objets est
facile et intuitive pour le consommateur.
QEO permet au grand public de gérer en une seule interface les services d’alarme,
de domotique et de vidéo surveillance, de recevoir une notification sur la TV ou le
mobile lorsque quelqu’un se présente à sa porte, de basculer un appel vidéo d’une
TV vers une tablette, …
Cette plateforme fournit également une visibilité des réseaux domestiques et des
usages du consommateur.
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
BOURGOGNE
LES ÉQUIPEMENTS
VestaEnergy, une plateforme anticipative de l’énergie
VestaEnergy est une plateforme
logicielle développée par Vesta
System. Elle permet de gérer les zones
de vie d’un bâtiment en traduisant
les attentes en choix énergétiques
de l’utilisateur et en le libérant des
surcharges cognitives.
Cette plateforme permet également
une gestion réactive de l’énergie
puisque les plans anticipés peuvent
être adaptés suivant différents aléas.
Cette modulation permet d’éviter
de placer des zones de trop grand
inconfort pour les utilisateurs.
La principale caractéristique de cette
plateforme est qu’elle permet une
gestion anticipative des évènements
pouvant survenir dans un futur
proche, généralement dans les 24
heures. Pour cela, elle s’appuie sur des
prévisions variées et sur les desiderata
des occupants des zones de vie. Ainsi,
des plans de fonctionnement sont
calculés.
De plus, VestaEnergy dispose de
différentes
fonctionnalités
de
découverte et d’apprentissage lui
permettant notamment de prendre en
compte tous types de changements
dans le bâtiment et le comportement
prédictif des usagers.
99
Sources :
www.technicolor.com
www.vesta-system.cades-solutions.com
Différentes caractéristiques de la plateforme VestaEnergy
Enfin, elle agit comme négociateur entre le bâtiment et le réseau électrique en
prenant en compte les différentes périodes tarifaires, les productions énergétiques
décentralisées et en favorisant l’intégration de sources d’énergie renouvelables
proches.
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
LES ÉQUIPEMENTS
Gestion technique
LES MAISONS CONNECTÉES
Maturité :
Une maison connectée est une maison dans laquelle tous les
appareils sont intégrés au sein d’un même système. Ils peuvent
ainsi dialoguer entre eux en s’échangeant des données et
communiquer avec l’extérieur en transmettant ou en recevant des
informations.
Tout se pilote généralement de la pièce principale de la maison communicante où
se trouve un superviseur. Celui-ci présente le côté ludique de la télévision tout en
permettant de piloter tous les appareils communicants de la maison grâce à sa
télécommande : mise en route de l’arrosage, fermeture des volets, …
Les chambres de la maison connectée sont équipées d’appareils communicants
entre eux mais également avec le reste de la maison. Ainsi, par exemple, lorsqu’un
réveil sonne dans la chambre, les volets de toute la maison peuvent s’ouvrir, …
La relation entre standard téléphonique et domotique de
Damalisk
100
La société bourguignonne Damalisk
propose, en plus des standards
téléphoniques
traditionnels,
la
possibilité d’une communication
entre ces standards et les différents
capteurs du bâtiment. Plusieurs
fonctions domotiques sont intégrables
au produit.
Le scénario mode jour/nuit permet
au standard téléphonique d’ouvrir
les volets, de monter la température
à 19°C, de déconnecter l’alarme,
d’aiguiller les appels vers les postes
concernés pour la journée. Le soir, il
ferme les volets, coupe le chauffage,
active l’alarme et aiguille les appels
vers le répondeur téléphonique.
Solution proposée par Damalisk. Crédits photographiques : © Jacques Ruaux, Société Damalisk
A l’arrivée dans le bâtiment, le
smartphone est intégré comme poste interne et permet de communiquer à
travers l’installation. En cas d’alerte (intrusion, détecteur de CO2, …) le standard
génère un appel vers plusieurs numéros préprogrammés et diffuse un message
d’alerte correspondant à l’évènement en question. Un appel portier peut faire
sonner les postes choisis qui peuvent dialoguer avec le portier et gérer l’ouverture
de la porte.
Enfin, un serveur vocal recueille les messages vocaux suite à des appels et les
envoie par courriel aux destinataires.
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
à
Des chercheurs suédois de l’université de Karlskrona et du Royal Institute of
Technology ont développé un programme multi-agents capable de s’adapter à
l’environnement extérieur et aux desiderata des occupants.
Badge intelligent personnel. Crédits photographiques : © Thomas R. - Fotolia.com
LES ÉQUIPEMENTS
Un programme multi-agents capable de s’adapter
l’environnement extérieur et aux desiderata des occupants
Les desiderata des occupants sont
communiqués au système via
des badges intelligents. Tous les
occupants en possèdent un sur eux
afin que le système puisse adapter les
paramètres d’une pièce en fonction
de l’heure du jour, du nombre de
personnes et de leurs préférences.
Ainsi, lorsque qu’un individu quitte la
pièce, le système identifie ce fait et
recalcule les paramètres.
Afin de prendre des décisions adaptées en temps réel, le dispositif repose sur la
présence d’un programme tiers nommé « décideur ». Ce dernier prend les décisions
en fonction de modèles pré-établis, des arbres de décision ou des diagrammes
d’influence. Des tests permettent d’affirmer que le temps de réponse est de
l’ordre du millième de seconde.
Selon les chercheurs, ce programme permettrait de réduire jusqu’à 40% la
consommation énergétique d’un bâtiment, tout en améliorant le confort des
occupants.
Le Concept MFC 2020
Le Concept MFC 2020 a été crée suite à une réflexion autour du logement
individuel menée par le groupe Maisons France Confort. Il s’agit d’une maison à
énergie positive tous usages, décarbonnée et associée à une voiture électrique.
Concept MFC 2020
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
101
LES ÉQUIPEMENTS
102
Le pilotage de la maison est effectué grâce à un écran tactile situé dans l’entrée.
Cet écran est l’interface entre le système de contrôle et de gestion de la maison
et l’habitant.
En fonction de la présence ou de l’absence des habitants dans la maison, de la
répartition des équipements en différents groupes de consommation et de leur
nécessité immédiate, le dispositif donne des priorités. Des scénarii sont également
préprogrammés, notamment pour l’éclairage.
Interface entre le système de contrôle et de gestion de la maison et de l’habitant de la maison
Concept MFC 2020
Zoom sur le maintien à domicile
La population française vieillissant de
plus en plus, le maintien à domicile
est désormais possible pour les
personnes à mobilité réduite, qu’elles
soient handicapées ou âgées.
En effet, des packs domotiques
voient
le
jour,
incluant
de
nombreuses fonctions dont la
téléassistance permettant d’avoir
une communication directe vers une
centrale lorsqu’un problème survient.
Téléassistance. Crédits photographiques : ©
jojje11 - Fotolia.com
En France, le département précurseur
du maintien à domicile est La Creuse,
qui est le département le plus âgé de France avec 30% des personnes ayant plus
de 60 ans et une part des plus de 75 ans deux fois supérieure au pourcentage
national. En début d’année 2013, plus de 500 packs domotiques y étaient installés
avec une moyenne de 60 demandes d’intervention des secours par mois dont
20 hospitalisations en moyenne (soit 35% des demandes d’intervention). Le coût
mensuel de l’abonnement proposé pour la téléassistance est inférieur à 40€.
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
LES ÉQUIPEMENTS
D’après l’exemple de La Creuse, qui est un des seuls départements à avoir mis ce
dispositif en place, on peut dire que le maintien à domicile permet aux personnes
à mobilité réduite de rester chez soi tout en payant un abonnement peu cher,
notamment comparé au prix d’une maison de retraite. Cependant, cela nécessite
un petit investissement au départ afin de bénéficier du pack domotique.
Bien que, grâce à ce type de pack domotique, les personnes puissent rester plus
longtemps dans leur logement, il ne faut pas oublier que nombre de personnes
très âgées ne peuvent plus rester chez elles seules même avec la présence de ce
système.
Le pack domotique « Mesures & Hospitality » du cluster GA2B
Le cluster GA2B, lancé en avril 2012, regroupe une quarantaine d’acteurs
bourguignons de la gestion active du bâtiment. La gestion active du bâtiment
est la combinaison des méthodes, outils et moyens de mesure, surveillance
et pilotage, intégrant à la fois la gestion technique du bâtiment ainsi que les
techniques d’automatisme, de communication et de traitement d’informations.
Le cluster GA2B comprend différents groupes de travail dont le groupe « Mesures
& Hospitality » qui met notamment en place un pack domotique bourguignon
pour le maintien à domicile des personnes âgées et handicapées.
Chemin lumineux permettant aux personnes de
s’orienter. Crédits photographiques : © auris Fotolia.com
Ce pack domotique, qui sera présenté
en fin d’année 2013, est composé d’un
pack de base auquel on peut ajouter
4 packs optionnels (Sécurité, Confort,
Communication, Assistance). Le pack
de base comprend une centrale de
télétransmission, des détecteurs de
mouvement pour chemin lumineux,
des détecteurs techniques,… Le
pack Assistance, qui est optionnel,
permettra aux handicapés d’obtenir
la téléthèse et la motorisation des
ouvertures.
Afin de parvenir à constituer ce pack domotique, plusieurs acteurs participent au
groupe de travail dont notamment Promotelec, Trio2sys, Best, Damalisk, Aetel,
ABB, GlobalSensing Technologies, Welience, l’Ensam de Cluny, …
103
Sources :
www.maisoncommunicante.free.fr
www.damalisk.fr
www.atelier.net
www.concept-mfc-2020.fr
www.ignes.fr
www.ga2b.fr
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
LES ÉQUIPEMENTS
Gestion technique
LE SMART GRID
Une production d’électricité trop importante ou, bien au contraire,
trop faible peut entraîner un déséquilibre du réseau électrique. Le
Smart Grid, concept apparu il a quelques années, commence à se
développer dans certains quartiers en France afin de pallier à ce
déséquilibre.
Le réseau électrique français fonctionne principalement sur le principe de
transporter et de distribuer l’énergie des fournisseurs aux consommateurs en
fonction de la demande. Le Smart Grid est une « grille intelligente » permettant
l’équilibrage de l’énergie produite et de l’énergie consommée. Pour conserver cet
équilibre, il est nécessaire de lisser la demande en agissant sur la consommation
par la maîtrise de celle-ci ou, bien encore, par la mise en place de boitiers
d’effacement (cf. « Les boitiers d’effacement de la consommation »).
104
Concept du Smart Grid
Pour qu’un bâtiment soit connecté au Smart Grid, il faut qu’il remplisse quatre
conditions. Il doit être intelligent, communicant, obéissant et collaboratif :
* Un bâtiment « intelligent » permet d’optimiser sa performance énergétique en
fonction de ses occupants et de leurs préférences.
* Un bâtiment communicant permet d’échanger des informations sur les
consommations prévisionnelles afin d’anticiper au mieux l’équilibrage du réseau.
* Un bâtiment obéissant exécute l’ordre d’effacement émis par un opérateur ce
qui permet d’effectuer un délestage quantifié d’énergie.
* Un bâtiment collaboratif stocke, déstocke, déplace les consommations ou
négocie les flexibilités dans les services.
Afin de pouvoir identifier les possibles flexibilités d’un bâtiment, les réseaux des
systèmes techniques doivent être regroupés par zone d’usage et par local.
Aujourd’hui, le concept n’existe pas à l’échelle nationale et il faut le créer en
France. Mais pour cela, le bâtiment va devoir atteindre un niveau de maturité
supérieur afin de pouvoir le connecter au Smart Grid.
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
Maturité :
PROTOTYPE
LES ÉQUIPEMENTS
IssyGrid®, le premier réseau intelligent de quartier en France
IssyGrid®, englobant le quartier Seine-Ouest à Issy-les-Moulineaux, est une zone
de 16 hectares fréquentée par 10 000 personnes et composée d’immeubles
résidentiels et tertiaires. Ce démonstrateur a été porté par un consortium d’acteurs
industriels de dix partenaires tels qu’Alstom, Bouygues Immobilier, Bouygues
Telecom, EDF Commerce, ERDF, ETDE, Microsoft, Schneider Electric, Steria et Total.
Des panneaux solaires photovoltaïques mis en place sur les toits des bâtiments
tertiaires permettent de fournir de l’énergie sur le réseau du quartier, ce qui limite
la consommation d’électricité provenant du réseau public. Lorsque cette énergie
renouvelable n’est pas consommée, elle peut être stockée et déstockée en temps
voulu. L’opérateur du réseau électrique ajuste la demande d’électricité en période
de pointes de consommation, ce qui a pour conséquence une meilleure maîtrise
de l’empreinte CO2 du quartier.
105
Éléments composant IssyGrid®
Les habitants du quartier peuvent suivre en temps réel la consommation
énergétique de leur logement et de leurs équipements afin de la maîtriser en
suivant des programmes de coaching et les conseils d’un centre d’information,
d’analyse et de services du quartier.
Premio, le premier démonstrateur Smart Grid en France
métropolitaine
Le village de Lambesc, en région
PACA, a été sélectionné afin
d’accueillir la plateforme Premio
ayant pour but d’expérimenter le
pilotage de ressources électriques
de différentes natures, réparties sur
le village. En fonction des besoins et
des contraintes, l’opérateur situé en
amont peut effacer la consommation.
Premio est basé sur trois techniques:
la production répartie (c’est-à-dire
la répartition de petits moyens de
production d’énergie de sources
renouvelables à plusieurs endroits
du réseau électrique), le stockage
et déstockage de l’énergie et
l’effacement.
Sources :
www.j3e.guide3e.com
www.issy.com
www.lesclesdedemain.lemonde.fr
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
LES ÉQUIPEMENTS
Gestion technique
LA SMART COMMUNITY
Traduit de l’anglais, la « communauté intelligente » est un concept
nouveau incitant l’individu à penser de manière collective. Un
premier quartier « Smart Community » est actuellement en
construction en France et bien d’autres vont voir le jour.
Le concept d’une Smart Community
est basé sur l’idée d’une communauté
qui fait l’effort d’utiliser les nouvelles
technologies de l’information et de
la communication pour transformer
la vie et le travail des habitants, tout
en économisant ses ressources et
son énergie et en préservant son
environnement. Il s’agit de préparer
la communauté pour relever les défis
d’une économie globale.
106
Dans une Smart Community, un
opérateur gère le réseau électrique et
le fournit en énergie grâce à la mise
en place d’énergies renouvelables et
au réseau électrique public en période
de pointes de consommation, tout
comme dans un Smart Grid.
La Smart Community propose des
moyens de transport par des systèmes
émettant moins de CO2. Elle permet
Smart Community, la communauté du futur ?
également aux utilisateurs de pouvoir
sécuriser les données concernant les consommations d’énergie, en les stockant
sur un serveur externe : il s’agit du « Cloud Computing ».Même si les points
abordés précédemment sont des points essentiels d’une Smart Community, un
des objectifs est d’améliorer la capacité d’une communauté et de ses membres
à être compétiteurs dans le monde actuel. En effet, l’économie locale doit être
viable afin que ses membres veuillent y rester et s’y installer.
Afin de créer une Smart Community, il faut tout d’abord comprendre les attentes
et besoins des utilisateurs tout en pensant à l’économie locale. Même si toutes les
Smart Communities sont différentes les unes des autres de part la communauté
en elle-même, un dénominateur commun est la coalition des affaires, de
l’éducation, du gouvernement et des membres individuels.
La Smart Community tire ses avantages de l’agglomération de nombreux aspects
de la vie d’une communauté, ce qui, en retour, nécessite une gestion complexe
et adaptée.
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
Maturité :
PROTOTYPE
LES ÉQUIPEMENTS
Lyon Smart Community
Le projet de démonstrateur Lyon
Smart Community, d’un budget de
50 millions d’euros, est initié sur le
quartier de la Confluence à Lyon
qui s’étend sur un territoire de 150
hectares. Les travaux y ont débuté
début 2013 et vont se poursuivre
jusqu’en 2016.
Ce projet a pour objectifs d’initier
la première étape vers un écoquartier à énergie positive, de
désengorger la ville et dé-carbonner
les déplacements urbains, d’assister
les usagers dans la maîtrise de leur
consommation énergétique et de
piloter la collecte, l’agrégation et
l’analyse des informations.
107
Quartier de la Confluence à Lyon
Pour atteindre ces objectifs, Hikari
sera construit sur l’îlot P. Il s’agit de
trois bâtiments à énergie positive
pour un total de 12 000 m². Des
panneaux photovoltaïques en toiture
et en façade seront mis en place afin
de récupérer l’énergie naturelle et
renouvelable du soleil. Le chauffage,
la ventilation et l’éclairage sont réglés
par des capteurs raccordés au réseau
énergétique en fonction du nombre
de personnes présentes.
Le déploiement d’une flotte de
véhicules électriques en auto-partage
utilise l’énergie produite par les
panneaux photovoltaïques. Afin de
veiller à l’équilibrage entres les usages,
en fonction de la production d’énergie
renouvelable et de l’état de réseau
local, Tochiba a conçu le système
µEMS (micro energy management
system).
La Cité Perrache, soit 275 habitations
situées au cœur du quartier, va voir se
développer de nouvelles technologies
qui vont permettre aux habitants de
mieux maîtriser leurs consommations
d’énergie. Cette éco-rénovation des
bâtiments existants va permettre une
meilleure efficacité énergétique.
La mise en place du système
d’analyse
énergétique
et
de
pilotage CMS (Community System
Management) va faciliter la gestion
globale de l’énergie dans le quartier.
Il agrègera les données issues à la
fois du démonstrateur et de systèmes
d’information tiers.
Sources :
www.smartcommunities.org
www.grandlyon.com
www.economie.grandlyon.com
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
LES ÉQUIPEMENTS
Gestion technique
DE LA MAQUETTE
NUMÉRIQUE A LA GTB
Maturité :
La communication entre les différents acteurs d’un bâtiment peut
parfois être compliquée. La solution ne serait-elle pas de créer une
même maquette ou, bien encore, une même plateforme pour tous?
La maquette numérique, également appelée BIM (Building Information Model),
est une représentation géométrique (généralement en 3D) et sémantique d’un
produit au sens large (bâtiment, infrastructure ou ouvrage d’art, quartier,…). Elle
est associée à un environnement logiciel et matériel qui lui permet d’interagir avec
ses données. Elle permet de concevoir un produit, de simuler son comportement et
de communiquer avec d’autres acteurs (architecte, bureau d’étude, fabricant,…).
La maquette contient chaque objet composant le produit et ses caractéristiques.
Elle se construit au fur et à mesure du projet, ce qui permet de constater
108
visuellement l’avancement ou les
modifications de ce dernier. Ainsi,
elle permet de responsabiliser tous
les acteurs puisqu’il est possible
de voir où se situe une erreur et
elle permet de respecter ce qui a
été souhaité par le concepteur.Par
exemple, l’architecte bourguignon
Jean-Louis Baal a récemment
développé ArchitecturalBUS® qui est
un concept d’aménagement Plugand-Play. Il apporte au bâtiment
une solution d’optimisation des
installations des réseaux associés à
des aménagements architecturaux
modulables.
Données intégrées dans la maquette numérique
L’outil logiciel ArchitecturalBUS®
comprend une base de données
de plusieurs corps de métiers
complémentaires,
un
outil
de
chiffrage rapide et détaillé ainsi que
d’une visualisation 3D.
La maquette numérique est un outil
qui commence à se développer. De
nombreuses innovations sont à venir.
Pourquoi ne pas combiner la maquette
numérique avec la gestion technique
du bâtiment ? Un outil de ce type
permettrait un cycle d’information
complet entre les différents acteurs
dont l’utilisateur qui donne l’ordre de
construire le bâtiment à des fins de
l’habiter. Cet utilisateur retrouverait
donc la même interface du début à la
fin du projet.
Cycle de l’information complet
50 TECHNOLOGIES D’AVENIR DANS LE BÂTIMENT - 2013
Sources :
www.cstb.fr
www.batiportail.com
www.architecturalbus.com
GLOSSAIRE
BBC
Bâtiment basse consommation.
(Label BBC : consommation maximale
pour les constructions résidentielles
neuves à 50 kWhep/m².an, pour le
chauffage, le rafraîchissement, la
ventilation, l’eau chaude sanitaire, les
auxiliaires de chauffage et l’éclairage).
Coefficient Uf
Caractéristique de la performance
d’isolation thermique de la menuiserie
constituant une ouverture.
Unité de mesure : W/m².K
Coefficient Ug
Caractéristique de la performance
d’isolation thermique des vitrages.
Unité de mesure : W/m².K
Coefficient Uw
Caractéristique de la performance
d’isolation thermique de l’ouverture
dans son ensemble (menuiserie et
vitrage). Plus le coefficient Uw est
faible, plus la fenêtre est isolante.
Unité de mesure : W/m².K
Convection
Effet qui conduit l’air à se réchauffer
et à monter puis à se refroidir et à
descendre. La convection naturelle
(ou libre) correspond à un échange de
chaleur responsable du mouvement.
La convection forcée constitue un
dispositif mécanique entrainant les
molécules vers le dispositif chauffant.
Ductilité
Propriété de certains matériaux à se
laisser déformer sans se rompre.
GTB
Gestion technique du bâtiment.
Isolant thermique
Isolant qui doit permettre le
ralentissement de 3 types d’échanges
thermiques : le rayonnement, la
conduction et la convection.
(Norme NFP 75-101 pour isolant
thermique : conductivité thermique
inférieure ou égale à 0.065 W/m.K et
résistance thermique supérieure ou
égale à 0.5 m².K/W)
COP
Coefficient
de
performance.
Il
représente
la
performance
énergétique d’une pompe à chaleur.
Il est égal au quotient de la chaleur
fournie par le travail fourni.
KNX
Protocole d’automatismes pour le
bâtiment.
Conduction
Echange thermique au travers de
matériaux conducteurs. Dans un
solide, la vibration des atomes autour
de leur position d’équilibre dans le
solide se transmet de proche en
proche.
PBRR
Module photo-bioréacteur
pour les biofaçades).
Conductivité thermique
Caractéristique du comportement
des matériaux lors d’un échange
thermique par conduction. Il s’agit
de l’énergie transférée pour un degré
par mètre. Plus le coefficient de
conductivité thermique est faible,
meilleur est l’isolant (label ACERMI :
inférieur ou égal à 0,065 W/m.K).
Unité de mesure : W/m.K
MCP
Matériaux à changement de phase.
(utilisé
PIV
Panneau isolant sous vide.
PSE
Polystyrène expansé.
Rayonnement
Echange thermique issu d’une source
de chaleur. Le transfert se fait par
rayonnement électromagnétique (par
exemple, par infrarouge) et peut se
réaliser dans le vide sans la présence
de matière.
Résistance thermique R
Qualité thermique de l’isolant
pour une épaisseur donnée. Plus la
résistance thermique est grande,
meilleur est l’isolant (label ACERMI :
supérieur à 0,5 m².K/W).
Unité de mesure : m².K/W
Transmission surfacique U
Inverse de la résistance thermique
auquel on ajoute la résistance due aux
échanges superficiels entre la paroi,
l’air intérieur et l’air extérieur. Plus le
coefficient de transmission surfacique
est faible, meilleure est la paroi.
Unité de mesure : m².K/W
XPS
Polystyrène extrudé.
109
LES PARTENAIRES DU PROJET
La Chambre de Commerce et d’Industrie
de Bourgogne associe une fonction
de représentation des intérêts de
l’industrie du commerce et des services
auprès des pouvoirs publics avec des
missions d’appui, d’accompagnement
et de conseils auprès des créateurs, des
entreprises et de leurs associations, en
particulier dans les domaines de l’export
et de l’innovation et une expertise
sur l’aménagement du territoire et
l’information économique.
En complément, la CCI Bourgogne
encadre et soutient les activités des
CCI territoriales. Ensemble, elles ont
adopté des schémas sectoriels destiné à
harmoniser leurs actions.
110
Dans ce cadre, la CCI Bourgogne œuvre
pour rapprocher les entreprises afin
qu’elles se regroupent en clusters,
associations ou filières et développent
des programmes collectifs destinés
notamment à faciliter les démarches
d’innovation,
de
développement
commercial
en
France
ou
à
l’international, de communication et
de développement durable. Elle a ainsi
apporté un soutien décisif à la création
de GA2B et a mis en relation, grâce à son
service Entreprise Europe, GA2B avec des
acteurs de pays limitrophes.
Le « Plan Bâtiments de demain » lancé par le conseil régional, vise à rassembler tous
les acteurs du bâtiment pour notamment accélérer en Bourgogne la généralisation
des bâtiments économes en énergie et accessibles au plus grand nombre et ainsi
gagner la bataille de la performance énergétique.
Tous les métiers de cette filière sont concernés : maîtres d’ouvrage, fournisseurs de
matériaux, architectes, bureaux d’études, collectivités locales...
Cette bataille est aussi celle de l’innovation. L’un des objectif poursuivit par ce plan
vise à faire de la Bourgogne un territoire d’accueil des projets innovants en matière
de basse, très basse consommation d’énergie, d’énergie positive, et de qualité
environnementale du bâtiment. C’est dans cet objectif que cette publication a été
conçue ; accessible aux entreprises elle vise à donner aux entreprises qui œuvrent
au quotidien en faveur des économies d’énergie, les technologies appropriées à leurs
besoins.
www.region-bourgogne.fr
Contact : Dominique MARIE - Chef de projet du plan des bâtiments de demain Direction de l’environnement et du développement durable - 17, Boulevard de la
Trémouille - BP 1602 - 21035 Dijon Cedex - 03.80.44.36.82 - [email protected]
La CCI Bourgogne dispose aussi d’un
service spécialisé, ARIST, qui intervient à
la demande des entreprises ou de leurs
associations pour fournir des conseils
en Propriété Industrielle, réaliser des
analyses du marché et de la concurrence
pour des produits et services nouveaux
et surveiller les innovations qui arrivent
ou vont arriver sur le marché dans des
domaines spécifiques tels que le bois,
l’emballage, la nutrition et le bâtiment.
www.bourgogne.cci.fr
Contact : Ludovic DENOYELLE (Directeur
service ARIST) - CCI Bourgogne - Place
des Nations Unies - BP 87009 - 21070
DIJON CEDEX - 03.80.60.40.92 [email protected]
Le projet Elithis a bénéficié d’un soutien technique et financier de l’ADEME et du Conseil régional de
Bourgogne, dans le cadre d’un appel à projet régional sur les bâtiments basse consommation, issu du PREBAT
(programme national de recherche et d’expérimentation sur l’énergie dans les bâtiments).
Centre de ressources régional
Qualité environnementale des bâtiments
Bourgogne Bâtiment Durable est une plateforme de ressources et de dialogue autour de la construction durable. Destinée à
tous les publics bourguignons, qu’ils soient porteurs de projets ou professionnels du bâtiment, son action se structure autour de trois
axes d’activités : la capitalisation d’informations et de données, la transmission et la diffusion de l’information et des connaissances,
et l’accompagnement des projets des acteurs régionaux. Elle met ainsi à la disposition des Bourguignons tout un ensemble de
ressources techniques, réglementaires, professionnelles, économiques et bibliographiques. Elle propose également de nombreux
produits et services : un portail régional d’information, des dossiers et publications techniques, une revue de presse mensuelle
gratuite, des outils pratiques, des journées techniques, des visites de sites, des sensibilisations et formations, du conseil de premier
niveau, de l’accompagnement méthodologique, …
Association de Loi 1901 créée le 12 avril 2011, Bourgogne Bâtiment Durable compte 11 membres fondateurs (Conseil régional,
ADEME, DREAL, Chambre de Métiers et de l’Artisanat de Région, Chambre de Commerce et d’Industrie de Région, FFB, CAPEB, Ordre
des Architectes, Union Nationale des Syndicats Français d’Architectes, Union Sociale pour l’Habitat et Alterre Bourgogne). Fruit d’un
partenariat initié dès 2008 entre les partenaires publics et les organisations professionnelles, elle bénéficie du soutien financier du
Conseil régional, de l’ADEME, de l’Etat et de l’Union Européenne (fonds FEDER).
www.bourgogne-batiment-durable.fr
Contacts : Sébastien FLON (Directeur), Laurent BOITEUX (Chef de projet et Formateur) - Bourgogne Bâtiment Durable - Tour Elithis
- 1C boulevard de Champagne - 21000 DIJON - Tél : 03.80.59.59.60 - [email protected]
111
Le cluster GA2B (Gestion Active du
Bâtiment en Bourgogne) est une
association dont les objectifs principaux
sont de fédérer et mutualiser ses
membres et leurs compétences autour
de projets collaboratifs, favoriser le
développement économique de ses
membres et assurer la promotion
de la Gestion Active du Bâtiment
(GAB). Le cluster est ouvert à tous les
acteurs bourguignons dont l’activité
est centrée sur la GAB (automatismes,
bâtiment intelligent, Gestion Technique
du Bâtiment, domotique, traitement
et communication de l’information,
etc.) : les maitres d’ouvrage et maitres
d’œuvre qui intègrent les techniques
de Gestion Active à leurs projets, les
entreprises industrielles qui fabriquent
les produits destinés à intégrer le
bâtiment intelligent et les intégrateurs,
installateurs qui permettent la mise en
place, l’exploitation et la maintenance
de la GAB sur le terrain. En complément
des actions générales et des actions
de communication, le cluster GA2B
s’articule autour de 7 Groupes de
Travail : Mesures & Hospitality, destiné
à favoriser le développement de la
domotique au service des personnes
en perte d’autonomie afin d’assurer le
plus longtemps possible leur maintien
à domicile ; Bâtiment Industriel, dont
l’objectif est l’intégration de la Gestion
Active sur des sites industriels énergivores et
peu attractifs pour les entreprises ; Habitat
Résidentiel, attaché à intégrer la GAB
dans des opérations de construction de
logements collectifs afin de répondre à
des objectifs d’efficacité énergétique,
de confort, de sécurité et de santé
dans les nouveaux logements ; Qualité
de l’Air Intérieur & Santé, travaillant
sur la promotion et la mise en place
d’équipements permettant d’assurer
la qualité de l’air intérieur dans des
bâtiments « sensibles » accueillant des
enfants (crèches, écoles, etc.) ; Smart
Building, pour favoriser une intégration
plus détaillée et plus en amont de la
GAB dans les projets de construction ;
Innovation, permettant de favoriser
les projets collaboratifs entre les
membres, mais également d’assurer
un partage d’expérience et une veille
technologique, réglementaire et sur
l’évolution des marchés de la GAB ;
Formation, pour lequel le cluster, en
collaboration avec les organismes de
formation bourguignons, recense les
besoins des entreprises afin d’adapter
l’offre de formation à la demande.
Association de Loi 1901 lancée en
avril 2012, le cluster GA2B, présidé
par Patrick Tabouret, regroupe une
quarantaine d’adhérents : 35 entreprises
et 9 membres associés : chambres
consulaires, organismes de formation,
organisations
professionnelles
du
secteur,
collectivités
territoriales,
institutions publiques, etc. Le cluster
bénéficie du soutien financier du Conseil
Régional de Bourgogne et de l’Etat.
www.ga2b.fr
Contact : Guillaume PIANON ( Animateur
du Cluster GA2B) - CCI Bourgogne Place des Nations Unies - BP 87009 21070 DIJON Cedex - 03.80.60.40.11
- 07.71.00.79.97 - [email protected]
A
ssocier développement durable et bien-être des usages sont les deux
grands défis de nos sociétés de demain. C’est dans cette optique
que la France poursuit les objectifs du Plan Bâtiment Durable visant
entre autres à réduire de 38% les consommations en énergie du bâtiment
d’ici à 2020.
Afin d’atteindre ces objectifs ambitieux, de nombreuses initiatives se
développent. Le Plan Bâtiment de Demain, initié par le Conseil régional
de Bourgogne, vise à généraliser la construction et la rénovation de
bâtiments à basse consommation énergétique et à positionner la
Bourgogne comme région pionnière dans ce secteur.
Rédigé dans le cadre de ce plan par la CCI Bourgogne, en partenariat
avec Bourgogne Bâtiment Durable et GA2B, cet ouvrage offre une vue
globale des perspectives d’amélioration des performances. Combinant
la description d’une cinquantaine de technologies d’avenir avec des
exemples concrets, cette publication a pour objectif de mettre en lumière
les techniques les plus porteuses d’avenir et de susciter le lancement de
nouveaux projets.
Avec un contenu clair, vulgarisé et illustré à l’aide de schémas et de
photographies, cet ouvrage est un outil d’information et de sensibilisation
de tous les acteurs de la filière sur les mutations technologiques et
environnementales de ce secteur d’activité.
En partenariat avec :
Avec le soutien du :