Innovations

De multiples innovations au service de l’excellence environnementale

L’isolation du bâtiment

Le premier axe de réflexion a concerné l’isolation du bâtiment. Les contraintes liées au secteur sauvegardé font que l’opération se devait de respecter le caractère patrimonial du lieu et du bâti, ce qui interdisait toute solution d’isolation extérieure afin de préserver la structure ancienne en pierre. L’isolation des murs intérieurs était tout aussi problématique, car l’utilisation de matériaux étanches risquait de dégrader le bâti en le privant de sa capacité à absorber la vapeur d’eau, et par ailleurs lui ôterait l’inertie thermique qui fait que ce type de construction reste naturellement frais en été, et ne nécessite pas de système de rafraîchissement.

La solution a consisté à simplement enduire les murs, sans les isoler, et de compenser cette non-isolation par une isolation renforcée de la toiture, des sols et des vitrages.

Pour valider le comportement spécifique de la très forte inertie, nous avons décidé de vérifier cette problématique par le calcul (différentes méthodes d’approche de l’inertie), comme par l’expérience in situ (campagne de mesure à travers différentes sondes placées dans l’épaisseur du mur durant une année entière). Une fiche présente cette campagne de mesure et les résultats obtenus en termes de transfert thermique, de niveaux de température interne dans la matière selon l’épaisseur du mur, et les incidences vis-à-vis du confort d’été qui en découlent.

L’analyse de cette campagne de mesure confirme parfaitement la perception d’usage de ce type de bâti en été, actuellement non réellement modélisable par le calcul. Voir en détail la campagne de mesure réalisée sur site et les graphes de résultats associés.

La production énergétique

Le deuxième axe s’est focalisé sur la production énergétique. Pierre Verte est équipé d’une chaufferie bois à pellets (granulés de bois), d’une puissance initiale de 40 kW pour 1 000 m², puis portée à 70 kW pour les 2 phases de restructuration alimentant 2 000 m² soit seulement 35W/m². Ce qui reste particulièrement faible comme ratio, et montre, bien que les murs ne soient pas isolés, le bon comportement de la très forte inertie (épaisseur des murs 63 cm).

La forte inertie des murs et l’usage d’émetteur de chauffage radiatif (plancher chauffant ou cloisons chauffantes selon zones), apportent une douceur d’ambiance en hiver, avec des parois intérieures dont la température de contact reste tout le temps supérieure à 18°C. L’adjectif « doux » revient souvent dans l’évocation par les usagers des conditions d’ambiance dans les locaux (notamment public en formation au CNFPT, lorsqu’ils découvrent les locaux).

Les contraintes du secteur sauvegardé interdisant d’installer des panneaux photovoltaïques sur la toiture principale, 100 m2 seulement ont pu être implantés en première phase sur un hangar à l’arrière du bâtiment, afin d’assurer l’autonomie énergétique globale sur l’année du bâtiment restructuré. Pour ce faire, le raisonnement a donc été inversé : la surface de PV de 100 m² assurant environ 20 000 kWh de production annuelle, l’ensemble des consommations du bâtiment ont été dimensionnées pour s’inscrire dans cette unique production. Un complément de panneaux photovoltaïques d’environ 80 à 100 m² supplémentaires, sera installé sur la salle de sport attenante, pour continuer la mise en autonomie totale du site, ainsi que l’approvisionnement en énergie de la salle de sport.

l’autonomie du bâtiment

Le troisième axe traité, afin d’aller encore plus loin dans la performance énergétique et l’autonomie du bâtiment, a été de compléter les principes de production par deux dispositifs uniques : une unité de stockage d’énergie (37 batteries de 200 Ah pour 83 kW de stockage plombs + 2 armoires de puissance au Lithium de 10 kW), pour un total de 93 kW de stockage, qui assure l’autonomie du bâtiment toute l’année ; et la conception d’un dispatching et d’un « bus continu » (Projet de recherche ABCDE), organisant le couplage des différentes sources et la liaison DC/DC permettant d’alimenter directement l’éclairage et les matériels informatiques par le courant continu produit par les panneaux photovoltaïques. Cette innovation majeure évitant la double conversion DC/AC et AC/DC du réseau électrique traditionnel améliore sensiblement le rendement de l’installation. Issue du projet de recherche ABCDE mené conjointement avec 4 laboratoires toulousains de l’Université Paul SABATIER (LAAS, LAPLACE, PHASE, CERTOP), elle a valu à Pierre Verte une reconnaissance nationale en étant Lauréat de l’appel à projets « Vers des bâtiments responsables à l’horizon 2020 » organisé par l’ADEME (Agence de l’environnement et de la maîtrise de l’énergie) en 2014.
Voir en détails le stockage et courant continu.

La frugalité énergétique

Quatrième axe permettant d’optimiser les performances de Pierre Verte, un effort de sobriété énergétique imposé par le peu de production d’énergie électrique disponible avec les 100 m² de surface de panneaux photovoltaïques précités. Dans cette optique, le bâtiment est équipé de LED de dernière génération à très faible consommation (Luminaires LED Lucibel à 110 lm/W avec gradateur et détection ou horloge, pour une consommation de 4W/m² max, voire même < 2 W/m² dans la Chapelle), et d’équipements techniques ultraperformants (pompes de circulation, ventilateurs, moteurs…).

La faible empreinte environnementale

Cinquième axe d’amélioration du projet, au-delà de l’aspect énergétique, le maître d’ouvrage a souhaité que ce bâtiment présente la plus faible empreinte environnementale. Les matériaux utilisés dans le cadre de cette restructuration sont tous biosourcés et neutres en termes de rejet de carbone : éléments structurels en bois, isolation en fibre de bois et ouate de cellulose, revêtements, peintures et sols constitués à 100% de produits naturels. Dans ce domaine également, le programme a donné lieu à une démarche d’innovation, avec la création d’un matériau nouveau, le « Duoterre ».

Il s’agit de cloisons de 60 mm en structure bois, remplies d’une âme en fibre de bois, enduites de 35 mm de terre crue sur chaque face, puis patinées avec des pigments naturels et de l’huile de lin. À l’étage, elles assurent la totalité du chauffage grâce à l’intégration de tuyaux de circulation d’eau alimentés par la chaudière bois.

Atout supplémentaire, elles sont gersoises, produites en circuit court par des artisans locaux. Le projet a intégré ainsi 46 Tonnes de Bois, 51 Tonnes de Terre crue, 1,35 Tonnes de Fibre bois, et 136 m3 de Ouate de cellulose. Le ratio final de produit biosourcé est proche de 60 kg/m² SDP, soit très au-delà du niveau 3 du Label Matériaux Biosourcés (dont le niveau 3 est à 36 kg/m² SDP).

Terre crue

Cloisons chauffantes constituées d’un cadre bois en carré de 60 x 60 mm, rempli de fibre de bois de 60 mm et enduit de 35 mm de terre crue de part et d’autre, dans laquelle sont noyé les tubes en PER du réseau de chauffage à eau. Il a été ainsi créé dès 2014 un nouveau principe constructif appelé par nous le DUO TERRE assurant au-delà du cloisonnement des locaux, le chauffage des espaces, la régulation de l’hygrométrie, et l’amélioration de la performance acoustique des locaux. Ce complexe très performant a participé à l’atteinte du niveau 3 du Label BBCA (Bâtiment Bas Carbone), et l’utilisation uniquement de matériaux biosourcés et géosourcés locaux alimentés en circuit court (moins de 100 km pour la fibre de bois STEICO de Casteljaloux, moins de 50 km pour l’approvisionnement en bois local des Pyrénées, moins de 30 km pour la terre crue de Sainte-Marie (32)), et l’ensemble posé par des entreprises locales.

Enduits extérieurs à la chaux et enduits intérieurs en chaux et/ou terre crue.