Par Hervé GRATON, directeur de BET Kypseli

Une rénovation énergétique et environnementale exigeante, mais pas seulement …

Ce retour d'expérience suggère une réhabilitation de l'école Saint Exupéry à Doué La Fontaine (49) dans le but de concilier confort, santé des enfants et empreinte carbone.
La ville de Doué-la-Fontaine a décidé en 2016 de rénover une école pour réunir les élèves de deux écoles sur le même site.

Rénovation de l'école Saint Exupéry à Doué La Fontaine (49)

Bien que le programme ait été rationalisé, les intentions étaient pragmatiques et fortes:

• Groupe 2 écoles sur un seul site,
• Améliorer les conditions éducatives des enfants,
• Restructuration sans démolition, travaux sur site occupé
• Louer économies d'énergie prenant en compte les enjeux du développement durable.

Cette rénovation est soumise à des contraintes importantes puisque le site a été développé sur un site occupé en 5 phases d'intervention. La rénovation de la chaufferie a été réalisée en temps masqué pour assurer la saison de chauffage 2017/2018.

Frais: 2 068 m² pour 2,49 M € HT soit 1 210 € HT / m²

Ce défi a été relevé par une équipe pluridisciplinaire avec l'agence d'architecture DRODELOT architectes à Nantes comme mandataire. Il a été proposé de réduire les nouvelles surfaces à construire en utilisant la circulation généreuse pour faire des ateliers. Les circulations sont effectuées à l'extérieur par des passages translucides formant une cour sans dégrader l'accès à la lumière naturelle dans les salles de classe.

Règlement de rénovation RT

• Ubat 0,621 – Ubat max 0,815 – Gain 20,41%
• Cep 67,34 kWh / m² – Cep maximum 108,48 kWh / m² – 37,92%

Indice de confort de simulation thermique dynamique (STD) : Surchauffe: T °> 28 ° C inférieure 0,15% du temps d'occupation

• Remplacement des chaudières fioul par une chaudière bois
• Radiateurs à eau chaude au lieu de radiateurs électriques
• Ventilation double flux
• Eclairage sur détection d'absence avec variation du flux en fonction de l'apport de lumière naturelle
• Accès facile à l'équipement

Le client avait un diagnostic énergétique en amont pour définir les axes de travail. C'est ainsi qu'il a été donné à titre d'orientation de rapprocher les 2 écoles sur le même site et d'envisager une chaudière à bois collective pour l'école, le restaurant de l'école et enfin la réception parascolaire adjacente.

Des simulations et des travaux collaboratifs très précoces ont permis la mise en place d'installations optimisées dans une enveloppe préservée existante.

Dès le départ, les discussions avec l'architecte et le client ont permis d'avoir un aperçu des enjeux fonctionnels et environnementaux.

le rénovation thermique de l'école a été l'occasion d'améliorer le confort hygrothermique, visuel et acoustique et d'utiliser un énergies renouvelables locales.

La rénovation a permis de diviser par deux la puissance installée. Une chaufferie bois a été choisie pour remplacer les chaufferies fioul et les radiateurs électriques.

Deux chaudières à granulés de bois automatiques de 300 kW et 2 silos textiles (capacité de 2 * 4 tonnes) et un système de transfert sous vide ont été mis en place. 4 ravitaillements / an sont nécessaires pour couvrir une consommation annuelle équivalente à 14 tonnes.

Réseaux de chauffage existants 675 kW

Réseau de chauffage au bois 300kW

Contrôle des ambiances intérieures

Le volume et la largeur entre la façade sud et la façade nord ont permis de reconfigurer des espaces généreux et confortables. L'atmosphère visuelle a été retravaillée avec des cadres en verre pleine hauteur, une deuxième journée d'ateliers (ex-circulation), des colorimétries murales et des puits de lumière par tubes solaires.

Des études pour concilier confort visuel, thermique et acoustique

Lumière artificielle complète la détection d'occupation et s'adapte à la lumière naturelle. Pour améliorer la répartition de la lumière naturelle, des conduits de lumière ont été installés à l'arrière de la salle de classe.
le confort acoustique est traité en raison de la volumétrie du plafond et des murs perforés.

Les systèmes techniques habituels de fluides ne sont pas la seule préoccupation de nos conceptions. L'analyse croisée des enjeux énergétiques et de la santé des jeunes ne va pas nécessairement dans le même sens. Que disent les textes réglementaires? Que font nos voisins européens? Quelle marge de manœuvre pouvons-nous nous donner pour augmenter la qualité d'utilisation et de service tout en réduisant nos émissions polluantes?

Confort hygrothermique

Le confort hygrothermique dépend de 3 facteurs: les températures des parois, la vitesse de circulation de l'air et l'humidité relative. Les enfants ont des capacités de régulation thermorégulatrice plus faibles que les adultes.

Source: Bar-Or, O. (1983). Médecine sportive pédiatrique pour le praticien (manuel complet en pédiatrie). New York: Springer-Verlag.

Aucun texte réglementaire ne fixe actuellement la valeur minimale et maximale de la température intérieure pour les locaux scolaires.
Notre rénovation thermique vise à concilier confort d'hiver et confort de mi-saison voire d'été (juin, fin août septembre).

Diagramme extrait "Construire pour la santé des enfants"; Suzanne Déoux, Éditions Médieco 2010

Les cours, les parasols à lames, le verdissement du patio, l'ouverture possible des fenêtres, la ventilation, la ventilation sont autant d'éléments contribuant à la confort hygrothermique d'été. Une simulation thermique dynamique a été réalisée et a permis d'évaluer les températures intérieures. Les salles de classe restent toutes à des températures intérieures inférieures à 25 ° C.

Gestion de la santé et de l'énergie avec un public enfant

L'activité des enfants augmente la fréquence et le volume de leur respiration. Leur métabolisme les fait consommer deux fois plus d'oxygène qu'un adulte. Le rejet de vapeur d'eau est également presque le double pour un adulte et pose donc la question de la gestion de la vapeur d'eau dans un bâtiment qui vient d'être réisolé et rendu plus étanche à l'air.
Remarque: il n'y a pas eu de test d'étanchéité à l'air en raison des 5 phases de construction, des contraintes du site occupé et des délais.

Diagrammes réalisés à partir de données compilées "Action collaborative européenne, qualité de l'air intérieur et son impact sur l'homme" dans Building for children & # 39; s health, Suzanne Déoux, Médieco éditions, 2010.

Notre la réglementation actuelle est très insuffisante et prévoit le renouvellement de l'air des bâtiments destinés aux jeunes enfants de 15m³ / h / personne (RSDT, règlement départemental sanitaire standard). le norme NF / EN 15 251 peut-être choisi pour concevoir une ventilation avec un taux de renouvellement d'air plus élevé. Une étude européenne de 2016 fournit un aperçu des réglementations en vigueur concernant le renouvellement de l'air dans 16 pays européens.

Un bon compromis est de 20 m³ / h / pers

Dans le cas présent, nous avons choisi un compromis de 20 m³ / h / personne pour concilier qualité sanitaire et économie d'énergie.
La valeur limite recommandée par l'Organisation mondiale de la santé (OMS) pour les salons est fixée à 1 000 ppm ou 0,10%. En France, l'article 64.1 du règlement général départemental de la santé (RSDT) stipule que la teneur en dioxyde de carbone ne doit pas dépasser 1300 ppm dans les pièces à pollution non spécifique.
En régime permanent, le débit d'air frais nécessaire pour maintenir la concentration d'un polluant donné en dessous d'une certaine limite est donné par la relation suivante:

Par exemple, une personne en activité sédentaire produit en moyenne 18 litres de CO2 par heure. Pour maintenir une concentration limite inférieure à 1300 ppm lorsque la concentration moyenne est d'environ 400 ppm, le débit d'air doit être de 20 m³ / h.

La vapeur d'eau libérée par les enfants est presque le double de celle des adultes. L'humidité de l'air influe sur la qualité de l'atmosphère dans la sensation de chaleur. En revanche, il est plus difficile et plus consommateur d'énergie de chauffer de l'air chargé d'eau. De plus, un air trop humide peut entraîner l'apparition de moisissures si l'isolation des murs n'est pas continue. D'où la nécessité d'une rénovation globale des locaux d'enseignement.

La qualité sanitaire de l'air est un enjeu de réussite sanitaire et pédagogique. Une mauvaise ventilation est source de symptômes plus ou moins légers: dessèchement des muqueuses, transmission de maladies respiratoires, augmentation du syndrome asthmatique, maux de tête, problèmes de concentration, etc.

Calculons la consommation d'énergie associée à l'augmentation du débit mais aussi à la réduction de la durée de la ventilation

La programmation horaire de la ventilation double flux compense largement l'augmentation des débits hygiéniques.
Si l'on a ventilé en double flux en permanence avec un taux de renouvellement d'air de 20 m³ / h / pers. au lieu du débit régulateur (15m³h / pers.), une augmentation de la consommation d'énergie de 33% serait générée. Mais en ventilant à 20m³ / h / pers. uniquement pendant un lieu d'occupation étendu à 10h / jour d'école², la consommation d'énergie est réduite de 78% par rapport au renouvellement d'air permanent à un débit réglementaire de 15m³ / h.pers.
La ventilation hygiénique est permanente. Cependant, en dissociant la ventilation simple flux pour les pièces humides de la ventilation double flux pour les salles de classe, il est possible de couper la ventilation hors occupation pour les salles de classe, soit 84% du temps annuel (vacances, week-ends, nuits).

Pendant la rénovation, la ventilation ne doit pas être négligée. Ceci couplé au fait d'une sous-ventilation générale des locaux, sans tenir compte du fait que les enfants dégagent deux fois plus de vapeur d'eau que les adultes, ce qui peut générer des troubles de santé (moisissure sur les murs, condensation sur les fenêtres). Cela a souvent été observé lors des opérations de rénovation en ne changeant que la menuiserie simple vitrage non étanche en menuiserie double vitrage très étanche sans installer de système de ventilation.

Comment construire à moindre coût et à moindre empreinte carbone?

À l'heure où le poids du carbone est (enfin) un critère dans l'acte de construire, il ne faut pas oublier la notion d'évitement par une approche en économie circulaire.

La rénovation de celles existantes est un enjeu majeur dans la maîtrise globale de nos émissions de carbone. Le groupe de travail «BRB 2020-2050» du Plan Bâtiment Durable met en évidence le fait de réutiliser la structure et la structure principale dans le cadre d'une opération de rénovation, permettant d'économiser environ 300 kgeqCO2 / m². La rénovation permet depuis plusieurs décennies d'avoir une meilleure empreinte carbone que la construction d'un nouveau bâtiment, même si ce dernier consommerait moins d'énergie qu'un bâtiment bien rénové.

Ne pas construire neuf, dans notre cas, environ 900 tonnes d'équivalent CO2 évitées sans prendre en compte l'éventuelle démolition de l'existant⁴! Dans ce projet, cela représente l'équivalent de 18 ans d'émissions de CO2 après rénovation!
Comment rénover, augmenter la qualité d'utilisation et accueillir plus d'enfants sans générer trop de surface chauffée supplémentaire?

Pour réduire l'empreinte carbone, il est possible de s'appuyer sur le calcul RT / ACV. Ce projet datant de 2016, il n'a pas fait l'objet de calcul E + C-.

Mais n'est-il pas temps de revoir nos repères?
Il est proposé d'analyser les indicateurs de consommation d'énergie et de carbone (liés à la consommation d'énergie) réduits au nombre d'élèves reçus.

Nombre de jours d'école par an (36 semaines x 4 jours), nombre d'heures par jour incluant la présence de l'enseignant et la pause méridienne (8h-18h)! 4 jours = 40h * 36 semaines = 1440 h / 8760 = 16% du temps d'occupation annuel

Un mot de conclusion

Demain, nous pourrions aller plus loin et envisager d'intensifier l'utilisation et de ramener les émissions à l'heure de service rendue aux équipements publics. Mutualisation des espaces, flexibilité, partage, réutilisation, recyclage: la chronotopie⁵, une culture d'urgence à co-construire!

Par Hervé GRATON, directeur de BET Kypseli

• Client: Ville de Doué-La-Fontaine
• Agence des architectes et économistes de Drodelot – www.agence-drodelot.fr
• Bureau d'études fluides énergétiques environnementaux: KYPSELI – www.kypseli.fr
• Bureau d'études structures: ALS – www.als44.com

Remarques :
1 / Promouvoir des bâtiments sains et économes en énergie dans l'Union européenne, mise en œuvre nationale des exigences de la directive bâtiments à performance énergétique (2010/31 / UE), Stylianos Kephalopoulos, Otma Geiss, Josefa Barrero-Moreno, Delia D & # 39; Agostino, Daniele Paci, 2016.
2 / Nombre de jours d'école par an (36 semaines x 4 jours), nombre d'heures par jour incluant la présence de l'enseignant et la pause méridienne (8h-18h)! 4 jours = 40h * 36 semaines = 1440 h / 8760 = 16% du temps d'occupation annuel
3 / Le décret n ° 2015-1000 du 17/08/15 sur les modalités de suivi de la QAI dans certaines ERP, rend obligatoire le suivi périodique de la QAI pour les établissements d'accueil collectif des enfants de moins de six ans, les jardins d'enfants et les écoles élémentaires.
4 / Calcul effectué rapidement à partir de: http://www.bilans-ges.ademe.fr/documentation/UPLOAD_DOC_FR/index.htm?batiments.htm
5 / L'économie circulaire, un tremplin pour la construction durable pour tous, 15 leviers d'action, Alliance HQE GBC France, 2017, http://www.hqegbc.org/wp-content/uploads/2018/01/CadreDefEcoCircuBat-OK.pdf

Source et lien

Kypseli Bureau d'études fluides et énergies
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02 51 07 51 70 | contact@kypseli.fr | www.kypseli.fr