Des logiciels d’écoconception pour une construction plus écologique

L’écoconception consiste à prendre en compte les aspects envi­ron­ne­men­taux dans la concep­tion d’un pro­duit, une démarche appli­cable aux bâti­ments. Au-delà du bilan car­bone, il convient de prendre en compte les impacts sur la san­té, la bio­di­ver­si­té et les res­sources natu­relles. Le choix des maté­riaux influence les besoins éner­gé­tiques d’un bâti­ment. Il faut donc opti­mi­ser l’ensemble du cycle de vie, de la fabri­ca­tion à la fin de vie. 

Pour répondre à ces objec­tifs, nous déve­lop­pons des outils logi­ciels pour faci­li­ter le pro­ces­sus de concep­tion. Il est pos­sible de déve­lop­per un modèle sim­pli­fié dans la phase ini­tiale de concep­tion ou d’utiliser une maquette numé­rique (buil­ding infor­ma­tion model). Ces outils per­mettent aux archi­tectes et aux ingé­nieurs d’op­ti­mi­ser les pro­jets de construc­tion en termes de bilan éner­gé­tique, de confort ther­mique et d’im­pact envi­ron­ne­men­tal en fai­sant varier divers para­mètres et en ana­ly­sant le résul­tat final. Ces para­mètres concernent l’enveloppe des bâti­ments (iso­la­tion et iner­tie ther­mique) et les sys­tèmes (chauf­fage, cli­ma­ti­sa­tion, ven­ti­la­tion), mais l’évaluation tient éga­le­ment compte du cli­mat et du com­por­te­ment des utilisateurs.

Une telle approche d’é­co­con­cep­tion pro­gresse dans le sec­teur du bâti­ment. L’ob­jec­tif est de prendre des déci­sions per­ti­nentes le plus tôt pos­sible dans le pro­ces­sus de concep­tion d’une construc­tion, car ce sont celles qui auront le plus d’im­pact sur la per­for­mance envi­ron­ne­men­tale d’un pro­jet in fine. C’est pour­quoi il est impor­tant de dis­po­ser de logi­ciels per­met­tant de com­pa­rer faci­le­ment dif­fé­rents para­mètres archi­tec­tu­raux et tech­niques, et, par exemple, de choi­sir l’orientation d’un bâti­ment et la sur­face des fenêtres pour amé­lio­rer l’efficacité éner­gé­tique. Après cette phase d’esquisse, le choix des maté­riaux à uti­li­ser dans la construc­tion peut être affi­né. Il est, par exemple, pré­fé­rable, en termes d’impacts envi­ron­ne­men­taux et de rési­lience face aux cani­cules, de consti­tuer une couche inerte en terre crue ou en maçon­ne­rie à l’intérieur et une couche iso­lante bio­sour­cée à l’extérieur plu­tôt que de mélan­ger ces maté­riaux dans un béton de chanvre ou de bois.

Nous pou­vons éga­le­ment com­pa­rer les per­for­mances d’un pro­jet avec des valeurs de réfé­rence que nous avons éta­blis à par­tir de mil­liers de cal­culs afin d’évaluer les impacts mini­mum et maxi­mum de dif­fé­rents types de bâti­ments. Par exemple, nous avons cal­cu­lé com­bien de kilo­grammes de dioxyde de car­bone (CO₂) équi­valent sont émis par mètre car­ré et par an par dif­fé­rents bâti­ments. Cela nous donne une valeur mini­male et maxi­male pour ce para­mètre – par exemple, entre 10 et 120 kg de CO₂/m²/an pour les loge­ments. Le concep­teur peut alors éva­luer com­ment se situe son pro­jet par rap­port à ces valeurs de réfé­rence et si – les impacts envi­ron­ne­men­taux sont trop éle­vés – il peut conti­nuer à amé­lio­rer son projet.

Nous éva­luons les impacts sur l’en­semble du cycle de vie d’un bâti­ment, de la fabri­ca­tion des maté­riaux de construc­tion à l’utilisation, la réno­va­tion et la fin de vie. Il s’a­git d’une méthode d’in­gé­nie­rie envi­ron­ne­men­tale appe­lée « ana­lyse du cycle de vie ». Si ces cal­culs sont appa­rus à la fin des années 1980, ils seront exi­gés par la loi à par­tir de 2022 pour tous les nou­veaux bâti­ments afin de garan­tir la réduc­tion des émis­sions de gaz à effet de serre. Il s’agit d’une avan­cée impor­tante même si cer­tains aspects de la régle­men­ta­tion doivent encore être améliorés.

Outre les émis­sions de gaz à effet de serre, il faut aus­si éva­luer l’im­pact des pro­jets de construc­tion sur la san­té humaine, la bio­di­ver­si­té et les res­sources envi­ron­ne­men­tales. Ces approches d’é­va­lua­tion d’im­pact sont étu­diées dans les labo­ra­toires de recherche au niveau inter­na­tio­nal et appa­raissent de plus en plus dans les normes, telles que l’ISO et le CEN (Comi­té euro­péen de nor­ma­li­sa­tion). L’Or­ga­ni­sa­tion mon­diale de la san­té (OMS) avait ain­si défi­ni un indi­ca­teur concer­nant les années de vie en bonne san­té, appe­lé DALY (Disa­bi­li­ty adjus­ted life years, années de vie ajus­tées sur l’invalidité). Notre approche ana­logue nous per­met d’é­va­luer l’im­pact poten­tiel d’un bâti­ment sur la san­té en fonc­tion des sub­stances toxiques émises et des consé­quences climatiques.

Pour éva­luer l’im­pact poten­tiel d’un bâti­ment sur la bio­di­ver­si­té, l’in­di­ca­teur que nous uti­li­sons est le pour­cen­tage d’es­pèces sus­cep­tibles de dis­pa­raître à cause de ce bâti­ment sur un cer­tain ter­ri­toire et sur une cer­taine durée. Cet indi­ca­teur prend en compte l’effet sur le cli­mat, l’acidification, et l’eu­tro­phi­sa­tion. Ce der­nier phé­no­mène est dû à des sub­stances qui agissent comme des engrais, qui pol­luent ensuite les rivières et les appau­vrissent en oxy­gène. L’u­ti­li­sa­tion des sols est éga­le­ment prise en compte.

Les nou­veaux bâti­ments ne repré­sentent chaque année qu’en­vi­ron 1 % du parc exis­tant. Si nous vou­lons réduire l’im­pact envi­ron­ne­men­tal glo­bal de la construc­tion, nous devons donc éga­le­ment réno­ver les bâti­ments exis­tants. Cela peut poser pro­blème pour les monu­ments his­to­riques ou, par exemple, les appar­te­ments anciens en ville, dont les façades ne peuvent pas être iso­lées par l’ex­té­rieur. Il faut donc les iso­ler par l’in­té­rieur, ce qui implique la perte de pré­cieux mètres carrés. 

Heu­reu­se­ment, l’é­co­con­cep­tion peut être appli­quée aux pro­jets de réno­va­tion : nos modèles et nos logi­ciels fonc­tionnent aus­si bien pour les bâti­ments anciens que pour les nouveaux.

En effet, nous avons tra­vaillé sur de nom­breux pro­jets dans des sec­teurs très variés – loge­ments, bureaux, écoles. Nous avons donc eu de nom­breuses occa­sions de tes­ter nos outils et d’é­va­luer dif­fé­rentes concep­tions, que ce soit pour des bâti­ments neufs ou anciens. Il appar­tient ensuite aux bureaux d’é­tudes et aux archi­tectes d’in­té­grer ces outils dans leur tra­vail quotidien.

L’une de nos tech­niques d’op­ti­mi­sa­tion, basée sur les « algo­rithmes géné­tiques », a été uti­li­sé par des construc­teurs de mai­sons indi­vi­duelles. Cet outil fonc­tionne un peu comme lors­qu’un agri­cul­teur choi­sit les meilleurs ani­maux pour déve­lop­per son trou­peau sur plu­sieurs géné­ra­tions. Nos « gènes » peuvent être l’é­pais­seur d’un iso­lant et la sur­face du vitrage des fenêtres par exemple. De géné­ra­tion en géné­ra­tion, nous choi­sis­sons les com­bi­nai­sons de gènes qui pro­duisent les meilleures per­for­mances en termes d’im­pact envi­ron­ne­men­tal et de coût de construc­tion, puis nous four­nis­sons nos recom­man­da­tions aux constructeurs. 

Pour aller plus loin 
- Peu­por­tier B., Eco-concep­tion des bâti­ments et des quar­tiers, Presses de l’Ecole des Mines, 336p, novembre 2008, http://​www​.pres​ses​des​mines​.com/​e​c​o​-​c​o​n​c​e​p​t​i​o​n​-​d​e​s​-​b​a​t​i​m​e​n​t​s​-​e​t​-​d​e​s​-​q​u​a​r​t​i​e​r​s​.html
- Wurtz A., Peu­por­tier B., Appli­ca­tion de l’analyse de cycle de vie à un échan­tillon de bâti­ments pour l’aide à l’évaluation des pro­jets, Confé­rence IBP­SA-France, Reims, novembre 2020
- Recht T., Robillart M., Schal­bart P., Peu­por­tier B., Éco-concep­tion de mai­sons à éner­gie posi­tive assis­tée par opti­mi­sa­tion mul­ti­cri­tère, Confé­rence IBPSA France, Marne-la-Val­lée , mai 2016