AMBRES - Approche multicritère pour un bâtiment résilient et sain

À l’heure où le secteur de la construction connaît une profonde transformation portée par des préoccupations énergétiques et environnementales, les solutions de rénovation et de conception des bâtiments doivent pouvoir préserver la qualité de l’air intérieur (QAI) tout en garantissant le confort thermique, en particulier durant les vagues de chaleur. Ces périodes caniculaires de plus en plus fréquentes, intenses et longues en raison du changement climatique (CC) sont amplifiées par le contexte urbain et posent un défi majeur pour le confort des populations en ville.

En effet, l’environnement bâti autour du bâtiment peut contribuer à freiner localement les vents, à absorber plus de rayonnement solaire et à renvoyer l’énergie reçue, notamment sous la forme d’un rayonnement infrarouge contribuant à réchauffer localement l’atmosphère. À l’échelle d’une ville entière, ces interactions aboutissent donc à un climat urbain très spécifique. La qualité de l’air au sein des bâtiments est affectée par l’ensemble de ces paramètres. Cependant, les études sur les performances environnementales des bâtiments sont souvent conduites en considérant les bâtiments hors de leur environnement local. Il est donc crucial d’intégrer les problématiques urbaines et de CC aux modélisations du bâtiment.

Le projet AMBRES avait pour objet le développement d’un système de modélisation multicritère capable d’orienter les choix de conception ou de rénovation de bâtiments en visant une réduction de leurs consommations énergétiques et de leurs émissions de gaz à effet de serre tout en assurant une QAI et un confort thermique satisfaisants.

Le projet a porté sur trois échelles : le bâtiment, l’environnement urbain et enfin l’ensemble du parc de logements français. Les interactions complexes entre les bâtiments et leur environnement urbain ont aussi été prises en compte. 

Bâtiment

Le couplage des modèles de qualité de l’air intérieur, d’aéraulique et de simulation thermique dynamique (STD) a mis en évidence l’effet de la température sur les circulations d’air et a permis de simuler l’effet cheminée. Ce phénomène généré par les différences de températures et de pression entre l’intérieur et l’extérieur du bâtiment favorise la ventilation naturelle et représente un levier essentiel de rafraîchissement en période estivale.
Il a permis d’explorer les performances d’une centaine de scénarios de conception/rénovation sur plusieurs indicateurs. 

Cette méthodologie a montré qu’un compromis pouvait être trouvé pour améliorer la QAI et le confort thermique tout en minimisant les consommations énergétiques. Appliquée sur un bâtiment instrumenté, une telle solution n’aurait pas pu être obtenue avec un logiciel de STD ne se focalisant
que sur les aspects énergétiques, ni avec un logiciel de QAI. En phase d’exploitation, l’association des trois modèles optimise le pilotage du chauffage et de la ventilation afin de conserver une bonne qualité de l’air intérieur et un bon confort thermique associés à une baisse des consommations énergétiques de l’ordre de 50 %.

Environnement urbain

Une modélisation méso-échelle a été proposée pour mieux considérer les effets de l’environnement urbain sur un bâtiment dans un contexte de changement climatique : températures de l’air plus élevées, vent plus faible et air plus sec. L’ensemble des résultats montre l’intérêt de considérer l’environnement du bâtiment étudié, i.e. les conditions météorologiques de son quartier et la position de ce quartier dans un espace potentiellement urbanisé. Le travail montre que des approches 1D ne considérant que l’environnement très local du quartier ne peuvent apporter qu’une solution partielle. 

La combinaison des effets du climat urbain, du changement climatique et d’une situation de canicule peut aboutir à une hausse de la température de l’air extérieur comprise 8 et 11 °C.

L’association des trois modèles (consommation énergétique, circulation d’air et qualité de l’air intérieur) optimise le pilotage du chauffage et de la ventilation afin de conserver une bonne qualité de l’air intérieur et un bon confort thermique associés à une baisse des consommations énergétiques de l’ordre de 50 %. 

Parc de logements français

Les performances environnementales de huit types de bâtiments (maisons périurbaines et pavillons individuels représentatifs de l’évolution des modes constructifs) ont été étudiées dans divers types d’environnement – urbain, périurbain et rural. Les résultats montrent que l’environnement proche du bâtiment peut fortement impacter son comportement thermique. En milieu urbain plus chaud, la vitesse du vent est sensiblement réduite, ce qui diminue le taux de renouvellement d’air dans les bâtiments non équipés de VMC et peu étanches : cet effet renforce la hausse
des températures en intérieur. Le changement climatique affecte aussi de manière plus intense encore ces bâtiments moins bien isolés et peu étanches : les résultats ont montré que les bâtiments les plus vulnérables aux évolutions en matière de température et de vent sont ceux construits en centre-ville avant les premières réglementations thermiques, soit 66 % du parc. 

La rénovation de ces bâtiments doit s’accompagner d’une ventilation nocturne naturelle et/ou mécanique pour éviter leur surchauffe dans un climat futur. Dans les bâtiments rénovés, le comportement de l’occupant (ouverture des fenêtres la nuit et utilisation des volets roulants en journée) reste primordial pour assurer le confort thermique en été. Une attention particulière doit être portée à l’isolation avec le sol, laquelle permet de diminuer les besoins en chauffage, mais dégrade le confort thermique en été. 

Coordinateur 

• Maxence MENDEZ, Octopus Lab

Partenaires

• ENGIE Lab Cylergie
• NOBATEK/INEF4
• Octopus Lab
• LIVE (UMR7362)
• CNRS-Université de Strasbourg (UMR7362)