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Focus : L'Ecole Nationale Supérieure Maritime (ENSM) à énergie positive.

Quentin Guilbert (ECHOS) et Laurent Pioton (SOGEA Nord-Ouest) collaborent dans le cadre de la construction de l’Ecole Nationale Supérieure Maritime (ENSM) du Havre, initiative lancée par la CODAH (Communauté de l'agglomération havraise). Ils interviennent respectivement en tant qu’ingénieur énergéticien-environnement et directeur des travaux du projet. Dans le cadre de cet entretien, nous revenons avec eux sur les aspects qui font de ce projet un bâtiment précurseur et innovant au regard de ses performances énergétiques, ainsi que des solutions mises en place pour y parvenir. 

M. Guilbert, quelles ont été les première étapes du projet en phase de conception ? 

QG : Le projet a fait l’objet d’un concours de conception et réalisation lancé par la CODAH. Dès les premières esquisses de l’architecte, nous avons intégré une réflexion sur les aspects énergétiques et bioclimatiques. Il a fallu concilier plusieurs contraintes urbaines telles que la localisation en bord de mer du site. Les outils de simulation (Simulation Thermique Dynamique, Calcul RT 2012, et la simulation des apports de lumière naturelle) nous ont également permis de quantifier au plus juste les apports thermiques, solaires et lumineux.

 

© Laurent Pioton

Parallèlement à la prise en compte des conditions climatiques, une réflexion sur l’utilisation en milieu universitaire du bâtiment a été intégrée dès la conception, puisque les attentes étaient précises dès le départ, côté CODAH. La démarche était donc double : dès la phase de conception, il a fallu penser un bâtiment à énergie positive tout en assurant le confort des usagers. 

Quelles solutions avez-vous mis en place pour atteindre ces objectifs ? 

QG : Notre première volonté a d’abord été de minimiser les consommations : en optimisant l’apport d’éclairage naturel, en utilisant des LED basse consommation, en équipant des sondes CO2 pour ajuster le débit de la ventilation selon la fréquentation, en créant des mouvements d’air pour réguler les températures, etc. 

Un important travail de conception sur l’enveloppe a été réalisée via une structure en voile béton favorable à l’inertie et de l’isolation thermique par l’extérieur a été réalisé visant à limiter les déperditions et ponts thermiques. Nous avons effectué de nombreuses simulations afin d’évaluer le comportement inertielle du bâtiment, et ce dans différentes configurations d’usages et de conditions climatiques. La prise en compte de ces aspects bioclimatiques ainsi que des usages du bâtiment dans la conception permet de considérablement réduire les besoins en énergie pour le chauffage et le refroidissement du bâtiment.

Nous y venons justement. Le projet est particulièrement innovant, notamment via son système de pompe à chaleur sur eau de mer assurant les besoins en chauffage et en refroidissement. Pouvez-vous nous en dire plus ? 

QG : Le projet est fondé sur la volonté d’exploiter  au mieux les ressources renouvelables pour obtenir un bâtiment autonome. Ainsi, il a fallu identifier les systèmes de production d’énergie les plus intéressants. Notre choix s’est très rapidement tourné sur la pompe à chaleur sur eau de mer, une ressource locale et exploitable. Cependant, il a fallu faire avec les contraintes liées au caractère corrosif et agressif de l’eau salé. Le prototype mis en place, de fabrication française, est innovant puisque la récupération de chaleur s’effectue de manière indirecte : des échangeurs sous forme de caissons en plastique sont immergés sous un ponton placé dans le bassin et alimentés par un circuit d’eau glycolée. La pompe à chaleur fonctionne alors sur ce circuit et il n’y aucun contact direct avec l’eau de mer*. Malgré l’ajout de ce circuit intermédiaire, l’efficacité du système n’est pas diminuée ; au contraire elle est même améliorée car la surface d’échange avec l’eau de mer a été augmentée et permet de capter une plus grande puissance thermique. 

Quel système de production d’électricité avez-vous choisi pour parvenir à un bâtiment à énergie positive ? 

QG : Au début de la phase conception, nous avions l’ambition de construire un bâtiment complétement autonome et la solution envisagée pour y parvenir était la mise en place d’une pile à combustible. Malheureusement, en raison de contraintes budgétaires et règlementaires (notamment l’obligation de déclarer l’installation au régime des ICPE en fonction de la quantité d’hydrogène stockée), la CODAH n’a pas souhaité donner suite à cette idée. Une autre solution est cependant en suspens : l’installation d’une pile de moindre capacité, à vocation plus éducative et communicative. Ce type de pile représente un investissement de 500 000 euros contre 2 000 000 euros pour la précédente. 

Finalement, nous avons plutôt considéré des énergies renouvelables plus « traditionnelles », c’est-à-dire l’éolien et le photovoltaïque. Une étude de faisabilité a été menée pour l’installation d’une micro-éolienne verticale mais l’efficacité du système était limitée à l’échelle du bâtiment et les coûts de maintenance trop élevés. Nous avons donc choisi le photovoltaïque, plus fiable à plusieurs niveaux. Le rendement de production est connu et garanti par le constructeur, tandis que la production est maitrisée par notre connaissance de l’ensoleillement moyen du site. Enfin, les coûts de maintenance sont limités. C’est pourquoi l’intégralité de la toiture (environ 900 m²) est couverte pour produire 160 000 kWh/an. 

Avec cette surface installée, le bâtiment est autonome au sens de la RT2012, c’est-à-dire qu’il produit plus d’énergie qu’il n’en consomme sur l’horizon d’une année entière. Cependant, il doit malgré tout être raccordé au réseau puisque pendant les mois d’hiver, la production d’électricité n’est pas suffisante pour subvenir aux besoins en énergie. Un besoin de stockage d’énergie se définit puisque paradoxalement, c’est en été, lorsque le bâtiment n’est pas occupé, que la production d’électricité est la plus importante. Une pile à combustible pourrait éventuellement remplir cette fonction dans le futur. 

Rendre le bâtiment compatible avec de futurs réseaux Smart grid est également une solution envisagée ?

QG : Oui, tout à fait, le bâtiment sera le premier de la presqu’île à être « connecté ». Cette démarche s’intègre dans un pari ambitieux de la CODAH qui souhaite créer une symbiose entre les bâtiments de l’agglomération du Havre. La CODAH a aussi pour objectif d’équiper d’autres bâtiments à proximité dans le but de les rendre communiquant, et d’exploiter les surplus d’énergie afin d’assurer à terme l’autonomie énergétique de la presqu’île.

M. Pioton, toutes ces solutions avant-gardistes sont prometteuses mais quels sont les enjeux de gestion de ce gros chantier ?

LP : Les enjeux sont très différents pour un bâtiment à énergie positive. En effet, la conception du bâtiment n’a pas été réalisée à partir de bilan de puissance surestimé, comme cela se fait pour des bâtiments classiques, mais fait l’objet de simulations réelles. Cela a beaucoup d’impact lors de la maitrise d’œuvre car il s’agit d’être très rigoureux et vigilant pour satisfaire le cahier des charges. Sur ce point, il y a donc une collaboration entre le bureau d’étude thermique et la maitrise d’œuvre. 

Une des difficultés générales majeures est de coordonner les différents sous-traitants, qui sont bien-sûr informés des contraintes et objectifs du projet, pour s’assurer que les travaux sont réalisés en concordance avec la conception et le cahier des charges. Afin d’éviter les divergences entre conception et réalisation, il y a un réel engagement des équipes pour atteindre le niveau de performance énergétique visé sur les différents postes de consommation. Il est de toute manière nécessaire de tout mettre en œuvre pour y parvenir : des sanctions financières seraient appliquées le cas contraire par la CODAH. Les cabinets Indiggo et Echos ont travaillé pour la conception d’un mode de suivi poussé et précurseur.

Quelle démarche a donc été développée ? 

LP : Un carnet de validation a été mis en œuvre par le BET Energie-Environnement Echos de la MOE. Ainsi, chaque sous-traitant doit faire valider les produits achetés puis mis en œuvre sur le chantier, conformément au cahier des charges. C’est un processus certes très chronophage, mais la traçabilité des choix pris sur le chantier est optimale. Elle assure la conformité du bâtiment aux études réalisées en phase de conception. Dans le cadre du contrôle qualité, d’autres vérifications sont réalisées sur le chantier. Echos a notamment mesuré la perméabilité à l’air des menuiseries afin de vérifier le mode de pose du menuisier. Il est aussi prévu de réaliser une thermographie à infrarouge du bâtiment, des tests d’étanchéité des gaines et des tests sur les performances des équipements techniques.

Quel sera le suivi mis en place une fois le chantier achevé ? 

LP : Lors de la livraison, un certain nombre de paramètres intrinsèques à la performance énergétique du bâtiment seront relevés afin de réaliser des simulations. Elles permettront de recalibrer le modèle et de s’assurer que le bâtiment répond bien aux attentes fixés à la conception. Ce recalibrage se déroule jusqu’à un an après la réception. Si certains objectifs ne sont pas atteints comme nous nous y sommes engagés, des modifications devront être implémentées (par exemple, modifier un réglage, changer un équipement…). C’est pourquoi chaque sous-traitant est engagé pendant cette période d’un an pour répondre à ces obligations de performance énergétique.

Jusqu’à présent, cela semble bien fonctionner puisque les vérifications répondent aux objectifs fixés et les délais sont respectés. Le chantier avance avec une bonne vitesse d’exécution, le gros œuvre et les menuiseries ont été finalisés ; la grue a récemment été démontée après avoir été utilisée pour installer la charpente métallique ainsi que les sept centrales de traitement d’air en terrasse. 

Nous avons donc bon espoir de livrer le bâtiment pour le mois d’avril prochain, afin que l’ENSM soit opérationnelle à la rentrée 2015. 

 

Plus d'informations sur la construction de l'ENSM du Havre par la CODAH à cette adresse.


 * A l'inverse du schéma présenté ici, il convient de noter que le système sera immergé, afin de ne pas subir les effets de la houle et de la marée.

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