Les enjeux du cadre bâti dans le contexte de développement durable

Le processus de conception

La conception est la phase clé dans le processus de réalisation d’un bâtiment, car toutes les décisions concernant celui-ci sont prises pendant cette étape (Zimmerman, 2006). Dans la pratique courante, les phases de conception sont dictées par les codes de pratique professionnels. Au Québec, il s’agit du code de pratique de l’architecte (Institut Royal d’Architecture du Canada, 2009 ). Ce mémoire s’appuie sur celui-ci. Dans ce cadre, le processus de conception est réparti en quatre phases : Préconception, esquisse, dossier préliminaire et dossier définitif. L’étude de faisabilité et la planification stratégique du projet sont entamées durant la préconception. Ensuite, c’est au cours de la phase d’esquisse que les besoins du client prennent une forme architecturale. À l’étape du dossier préliminaire, l’esquisse préparée sera plus raffinée. Finalement, c’est la phase du dossier définitif où les dessins d’exécution et le devis descriptif se préparent. Dans l’étude de cas de De Wilde, Augenbroe et Van Der Voorden (1999), cinq phases de conception sont répertoriées: L’étude de faisabilité, la phase conceptuelle, la phase de conception préliminaire, la conception finale et la préparation des documents pour la construction. La première correspond plutôt à une étape de mise en place des données nécessaires au projet. La phase conceptuelle est la première phase pendant laquelle l’architecte développe le concept architectural d’ensemble. Cette étape correspond aussi à l’étape esquisse dans le code de pratique de l’architecte. Durant la phase préliminaire, les solutions architecturales sont explorées, sur la base du concept préalablement approuvé par le client. Le projet, ainsi développé et retenu, est alors enrichi et détaillé au cours de la phase de conception détaillée. La dernière étape correspond à la production des dessins d’exécution nécessaires à la construction.

Encadrement et incitation à l’optimisation

Pour faire suite à la prise de conscience des enjeux environnementaux, la Grande-Bretagne lançait en 1990 le BREEAM (Building Research Establishment Environmental Assessment Method), la première certification environnementale. D’autres ont suivi par la suite, et il existe actuellement une multitude de certifications. Au Québec, la certification la plus connue est LEED (Leadership in Energy and Environmental Design). Ce système d’évaluation profite d’une crédibilité chez les professionnels (Pulselli et al., 2007). Les niveaux de certification qui peuvent être obtenus selon cet outil d’étalonnage environnemental varient selon le pointage attribué au projet. Ces points sont accumulés à l’aide des crédits accordés pour chaque catégorie. Ces dernières incluent : Aménagement écologique du site, gestion efficace de l’eau, énergie et atmosphère, matériaux et ressources, ainsi que qualité des environnements intérieurs (USGBC, 2013). En ce qui concerne l’optimisation énergétique, la catégorie énergie et atmosphère oblige une performance minimale et propose une optimisation énergétique qui sera évaluée, par la suite, à l’aide des outils de simulation.

La certification LEED a pris un essor important au Québec, contrairement à SBTool, un autre système d’évaluation, qui n’a suscité que peu d’intérêt pour l’industrie. Le SBTool est une initiative de Ressources Naturelles Canada dérivée du cadre C-2000 (programme pilote pour des bâtiments à haute performance énergétique) et est gérée depuis 1998 par l’International Initiative for a Sustainable Built Environement (iiSBE) (Larsson, 2001). Ce système vise à évaluer l’émission des gaz à effet de serre (GES) dans les bâtiments. Le système de pondération de SBTool est différent de LEED : celui-ci attribue des points par des tiers autorisés et ce selon des indicateurs et références qui prend en considération les conditions locales du projet. En plus, il s’appuie sur le processus de conception intégrée en tant qu’outil pour atteindre la performance énergétique. Le point fort dans cette démarche est qu’elle encourage l’adoption d’approches innovatrices telles que la prise de décision par consensus et la révision en continue des objectifs du projet. Passivhaus est une certification européenne qui commence à se développer ces dernières années. Un Passivhaus ou bien bâtiment passif est un bâtiment dans lequel l’ambiance intérieure est confortable tant en hiver qu’en été, sans devoir faire appel à un système conventionnel actif de chauffage ou de climatisation (ADEME, PUCA et CSTB, 2007). Cette certification est plus exigeante en performance que LEED et SBTool. Une construction répondant à cette norme génère jusqu’à 90% plus d’économie en énergie de chauffage et permet des réductions jusqu’à 70 % sur l’ensemble de l’énergie consommée (Saucier, 2009).

Le chauffage passif

La littérature classifie les solutions pour le chauffage passif selon deux approches : réduction des déperditions thermiques et amélioration du captage solaire. La première consiste à conserver l’énergie à partir d’une optimisation de la forme du bâtiment et par l’atténuation des transferts de chaleur à travers son enveloppe. Alors que la seconde implique essentiellement l’optimisation de l’orientation et du vitrage afin de pouvoir tirer profit du plein potentiel solaire (Dubois et Saucier, 2009). Les travaux pionniers d’ Olgyay et Olgyay (1963) ont montré que la forme architecturale a un grand potentiel sur l’optimisation de l’énergie. Dans une étude plus récente, Kibert (2013) souligne qu’un bon choix de forme du bâtiment peut entraîner une réduction atteignant jusqu’à 40% de sa consommation énergétique. Un attribut, comme l’indique HESPUL (2014), qui est relatif à la compacité du bâtiment. Étant donné que les déperditions thermiques se font principalement par conduction à travers l’enveloppe. Ainsi, plus les bâtiments sont compacts, moins ils sont soumis à la température extérieure et plus ils sont énergétiquement efficaces.

L’enveloppe est un autre aspect architectural faisant partie des grandes sources de déperditions thermiques. Celle-ci, comme le notent Aksamija et Mallasi (2010), doit être conçue d’une façon à optimiser les charges thermiques internes dans le bâtiment. Selon Roulet (2004), la meilleure stratégie pour limiter les transferts thermiques est de bien isoler les parois de l’enveloppe. À ce constat, Dubois et Saucier (2009) affirment qu’il faut garantir également une étanchéité suffisante tout en évitant les ponts thermiques. Pour mieux situer ce point, ils se réfèrent aux bâtiments certifiés Passivhaus (une des normes les plus strictes en terme d’efficacité énergétique dans le monde) qui consomment moins de 15kWh/ m2, an pour le chauffage. Ce niveau de performance est atteint grâce à un dimensionnement judicieux des ouvertures, mais surtout grâce à une isolation et une étanchéité très élevée. Le vitrage est aussi un point agissant sur les performances de l’enveloppe (Anderson, 2014; Knovel et Halliday, 2008; Sekhar et Lim Cher Toon, 1998). Par contre, la priorité lors de la sélection du vitrage sera entre autres pour un motif de captage ou pour la conservation ou bien les deux simultanément. L’interaction entre toutes ces composantes, l’incertitude pour prévoir le comportement des futurs occupants ainsi que du climat du site, sont autant des enjeux qui entravent la performance de la stratégie de chauffage, considérée la plus importante lors de la conception (Lovel, 2013). Pour la seconde approche impliquant un maximum du captage solaire, la littérature évoque que la première stratégie pour ce faire est d’orienter les façades au Sud vu qu’elles bénéficient des radiations intenses en hiver contrairement à l’été ou l’exposition est moindre (Kibert, 2013). Cet aspect est à corréler avec la surface vitrée afin de favoriser les apports solaires passifs.

Le refroidissement passif

L’intérêt de cette stratégie est qu’elle vise à maintenir la qualité de l’air intérieur et à contrôler les surchauffes. L’ouvrage d’European Commission (1997) met l’accent sur deux approches complémentaires. Il évoque en premier temps le contrôle des gains solaires puis la modulation de la surchauffe issue de l’inertie thermique ou bien des charges internes. Pour la première approche, Dubois et Saucier (2009) soulignent que l’utilisation des protections solaires permet de réduire les apports solaires indésirables. Parallèlement, Reinhart (2002) note qu’une réduction des gains internes et particulièrement celle de l’éclairage artificiel permet de réduire également la chaleur présente dans les bâtiments. Catalina, Virgone et al. (2008 ) se concentrent davantage sur l’inertie thermique en tant qu’accumulateur de chaleur et gestionnaire efficace d’énergie. Ce constat est issu des résultats de simulation qui prouvent des économies de chauffage allant jusqu’à 12%. Cependant, tel qu’indiqué par Anđelković et al. (2012), malgré le grand potentiel de cette mesure passive, elle est souvent mal comprise vu la complexité des interactions thermiques entre la masse de la construction et l’environnement externe et interne. La ventilation naturelle est la deuxième approche évoquée pour le refroidissement passif. Boivin et Potvin (2008); Potvin et Demers (2005) affirment que la conception d’un bâtiment ventilé naturellement implique un dimensionnement adéquat et un positionnement stratégique des ouvertures en fonction des sources de circulation d’air. À ceci s’ajoutent d’autres variables architecturales telles que l’orientation et la morphologie du bâtiment.

Table des matières

INTRODUCTION
CHAPITRE 1 LE CONTEXTE ET LES DÉFIS D’OPTIMISATION
1.1 Les enjeux du cadre bâti dans le contexte de développement durable
1.2 Le processus de conception
1.3 Pratique de conception traditionnelle
1.4 Les limitations
1.5 Encadrement et incitation à l’optimisation
1.6 Discussion
CHAPITRE 2 APPROCHES POUR UN HABITAT PERFORMANT
2.1 L’approche bioclimatique
2.1.1 Stratégies passives versus stratégies actives
2.1.2 Les dispositifs bioclimatiques
2.1.2.1 Le chauffage passif
2.1.2.2 Le refroidissement passif
2.1.2.3 L’éclairage naturel
2.2 L’approche de bâtiment Net Zéro
2.2.1 Principe
2.2.2 Les stratégies clefs pour l’approche Net Zéro
2.3 Discussion
CHAPITRE 3 MÉTHODES ET OUTILS
3.1 Les méthodes
3.1.1 Les codes d’énergie
3.1.2 L’approche itérative
3.2 La simulation énergétique : Outil d’aide à la décision
3.2.1 Principe
3.2.2 La simulation dans les premières étapes de conception
3.2.2.1 Aspects architecturaux à considérer
3.2.2.2 Critères de choix des outils de simulation
3.2.2.3 Les outils de simulation
3.2.3 Pratique de la simulation dans le processus de conception
3.3 Discussion
CHAPITRE 4 APPROCHE MÉTHODOLOGIQUE
4.1 Conception de la recherche
4.2 Analyse des pratiques des firmes
4.2.1 Échantillonnage
4.2.2 Questionnaire
4.3 Analyse des données
4.4 Cartographie du processus
4.5 Formalisation du cadre
4.6 Validation des résultats
CHAPITRE 5 RÉSULTATS
5.1 Les résultats des entrevues
5.2 Problématiques observées
5.3 Cartographie du processus
CHAPITRE 6 CADRE OPTIMISÉ
6.1 Approche théorique
6.1.1 Préconception – analyse du site
6.1.1.1 Les paramètres d’étude
6.1.1.2 Les outils
6.1.2 Esquisse – forme et orientation
6.1.2.1 Les paramètres d’étude
6.1.2.2 Les outils
6.1.3 Dossier préliminaire – éclairage naturel
6.1.3.1 Paramètres d’étude
6.1.3.2 Les outils
6.1.4 Dossier préliminaire – enveloppe
6.1.4.1 Les paramètres d’étude
6.1.4.2 Les outils
6.2 Cadre d’optimisation proposé
6.2.1 Flot de travail
6.2.2 Cartographie des outils
6.3 Discussion
CONCLUSION
ANNEXE I QUESTIONNAIRE
ANNEXE II PRÉSENTATION DES OUTILS DE SIMULATION
ANNEXE III LES MÉTRIQUES DE PERFORMANCES DE L’ÉCLAIRAGE NATUREL
LISTE DE RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES

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