Impact des choix formels et constructifs de la façade sur l’adaptabilité climatique et l’efficacité énergétique d’un bâtiment. Cas d’un climat chaud et aride

Abstract

En Algérie, l’augmentation alarmante de la consommation d'énergie et des émissions de gaz à effet de serre, a poussé les autorités publiques à réagir en adoptant le Plan d'efficacité énergétique 2015 à l'horizon 2030, dans lequel une convergence vers l'efficacité énergétique des bâtiments est imposée. Paradoxalement, le secteur tertiaire qui passe pour être le deuxième plus important consommateur d'énergie, n’est pas suffisamment pris en compte dans cette ébauche de réglementation thermique. A cet égard, les directives réglementaires prescrites ciblent principalement l'isolation thermique de l'enveloppe du bâtiment en appliquant une approche de limitation des pertes de chaleur en régime permanent. Cependant, le comportement transitoire des murs de façade n’est pas pris en compte, de même que les propriétés dimensionnelles et physiques du vitrage ne sont pas prises en charge par le biais de codes de construction dans un objectif d'efficacité énergétique spécifique au climat. Cette négligence risque de compromettre toutes mesures en faveur de la maîtrise de l'énergie puisque l'enveloppe et sa performance thermique représentent le point de départ pour rendre un bâtiment énergétiquement efficace. La façade, en particulier, a un impact significatif du fait qu'elle représente un lieu d’interaction et d’échange entre l’intérieur et l’extérieur. Au vu du caractère énergivore à outrance des bâtiments à usage de bureaux, la façade dont la performance relève de facteurs à la fois formels, matériels et techniques, représente un enjeu majeur pour l’adaptabilité climatique et d’efficacité énergétique de ce type de bâtiments. A ce titre, il est supposé que l’adoption de mesures constructives et formelles adéquates relatives à la configuration des composants de la façade, en ce qui concerne leur adaptation à la région chaude et sèche en Algérie, devrait permettre d’améliorer l’efficacité énergétique du bâtiment dans sa globalité. Partant de cette hypothèse, la présente recherche a été menée afin de comprendre et d’évaluer l’impact des aspects formels et des composants constructifs de la façade d’un bâtiment de bureaux, et d’examiner jusqu’à quel point les choix matériels permettraient de rationaliser et de libérer les décisions architecturales formelles dans la perspective d’une approche d’adaptabilité climatique et d’efficacité énergétique sous les conditions climatiques chaudes et arides du sud de l'Algérie. A cette fin, une évaluation énergétique bilatérale a été réalisée sur les surfaces opaques et vitrées d'un modèle énergétique illustrant un bâtiment existant, sélectionné comme représentatif des immeubles de bureaux de Biskra ; cette ville étant représentative des conditions chaudes et arides. Après une analyse conceptuelle et prospective approfondie réalisée sur site, le moteur EnergyPlus a été utilisé pour effectuer la simulation énergétique avec les plugins environnementaux de Ladybug & Honeybee sur la plateforme paramétrique de Grasshopper/Rhino en procédant à une série de variations par une approche itérative de force brute. La performance énergétique des parois opaques a été évaluée et l'impact de son aspect matériel-constructif a été analysé en se basant sur la base de 23 variations de l'épaisseur de l'isolation, en considérant des scénarios de parois légères, mi-lourdes et lourdes et 4 coefficients d'absorption solaire. Les résultats ont démontré que la transmission thermique de la paroi est le facteur qui a le plus d'impact en termes d'énergie opérationnelle, conjointement au coefficient d'absorption solaire. De légères réductions dues à l'inertie thermique sont à signaler et permettent de désigner la solution mi-lourde comme meilleur scénario. De plus, pour assurer un équilibre entre l'énergie opérationnelle et l'énergie intrinsèque dans une perspective de coût de consommation énergétique durant le cycle de vie du bâtiment, des niveaux d'isolation plus faibles sont requis. Par suite, l'impact de l'aspect formel a été abordé en évaluant le potentiel d'économie d'énergie thermique de la mise en oeuvre de panneaux horizontaux variables et d'ailettes verticales comme dispositifs de protection solaire. Les résultats obtenus ont montré que l'utilisation simultanée de ces scénarios d'ombrage présente des coefficients de protection solaire plus élevés, et qu'une configuration adéquate implique des économies d'énergie pour les orientations cardinales et semi-cardinales considérées avec différentes amplitudes. Dans le second volet de l’étude, l'évaluation et l'optimisation de l'énergie opérationnelle dédiée au refroidissement, au chauffage et à l'éclairage a été réalisée en considérant : cinq types de verre de fenêtre, cinq ratios d’ouverture du mur de la façade (WWR), et en supposant successivement l'absence et la présence d'un système d'ombrage mobile contrôlé pour être ajusté sur les points cardinaux et semi-cardinaux. Les résultats obtenus montrent une corrélation importante entre la consommation d'énergie et des valeurs de WWR élevées, qui devraient être considérées à leur limite inférieure lors de la conception des ouvertures de la façade. De plus, des fenêtres ombragées avec un faible SHGC et Ug et un Vt élevé devraient être adoptées quand il s’agit des conditions climatiques propres à la ville de Biskra ou un contexte similaire chaude et sec. Finalement, cette étude fournit des orientations en faveur de la performance climatique et énergétique des bâtiments de bureaux, qu'il s'agisse de nouvelles constructions ou de bâtiments en rénovation. En outre, elle présente des outils appropriés d'évaluation et d'aide à la conception qui peuvent être adaptés à d'autres types de bâtiments afin de trouver un équilibre optimal entre confort des utilisateurs, consommation énergétique et incidences environnementales.