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Lycée Kyoto à Poitiers : le 1er lycée d’Europe à zéro énergie fossile

Frédérique Vergne |  le 02/09/2009  |  SantéEnergieRéglementationTechniqueEnvironnement

C'est dans un lycée flambant neuf, mais surtout exemplaire en termes d'éco-construction que 500 élèves ont effectué  leur rentrée le 2 septembre à Poitiers. Cet établissement avant-gardiste, qui ne ressemble à aucun autre, ne consommera pas d'énergie fossile. Une vitrine de savoir-faire en matière de développement durable et de sobriété énergétique.

Le 1er lycée à « zéro énergie fossile et 100% d'énergies propres» d'Europe a ouvert ses portes à Poitiers et revendiquel'excellence environnementale (voir le portfolio ci-contre). La Région Poitou-Charentes l'a voulu ainsi, dans le cadre de sa politique environnementale qui vise la réduction de ses émissions de gaz à effet de serre de 800 000 tonnes équivalents CO2 à l'horizon 2010. Le nom « Kyoto » donné au lycée en référence au protocole sur les engagements de réduction d'émission de gaz à effet de serre n'a donc pas été choisi à la légère.
D'une surface de 18 000 m2 SHON sur un terrain de 3,5 hectares, le lycée est implanté sur un ancien site agricole, au cœur du quartier de Saint-Eloi en construction et regroupe deux établissements autour des métiers de la restauration : le lycée Hôtelier de Poitiers et le lycée agricole Grand Pont de Chasseneuil.
La décision prise par le Conseil régional de Poitou-Charentes de construire un lycée zéro énergie fossile a amené le cabinet d'architecture SCAU en partenariat avec le bureau d'études Technip TPS et la société d'ingénierie environnementale CEDRE à réaliser un travail très important sur la réduction des besoins en électricité et en chauffage (1), et à privilégier les énergies renouvelables. Les consommations d'énergie du lycée, après compensation, seront donc très faibles, moins de 5 kWh/m2/an, soit une réduction de consommation de 32 par rapport à un lycée hôtelier respectant la RT 2005. Un exploit d'autant plus grand que les établissements professionnels d'hôtellerie avec leurs cuisines de formation sont très énergivores !

Principe du zonage en fonction des usages

« Pour un tel projet, l'approche environnementale est indissociable de l'architecture, explique François Gillard, l'un des architectes. Très attentifs à l'usage des lieux et à leurs configurations, nous avons travaillé sur le principe du zonage, avec des bâtiments compacts regroupés par destination : un bâtiment d'enseignement avec l'administration et le foyer des élèves, les trois ateliers de formation conçus selon une structure en peigne, l'internat et les logements de fonction à part. Cette organisation permet un zonage thermique, acoustique, voire olfactif et une optimisation de l'éclairage naturel ».
Pour atteindre l'objectif fixé, la démarche suivie a été menée en deux temps : d'une part, la réduction des besoins avec une enveloppe très performante et une approche bioclimatique, l'utilisation de l'éclairage naturel, la gestion des apports solaires, l'installation de systèmes économes en énergie à fort rendement ou avec récupérateur de chaleur, et d'autre part le recours aux énergies renouvelables.

Des murs emballés dans l'isolant

L'enveloppe a été spécialement imaginée pour limiter au maximum les besoins en énergie. Plusieurs isolants ont été mis en œuvre selon les bâtiments. Pour le lycée, le choix s'est majoritairement porté sur une isolation par l'extérieur (bardage mélèze sur pare-pluie, fibre de bois et laine minérale ou enduit sur polystyrène expansé), hormis quelques endroits traités en pierre de taille où les ponts thermiques ont été abordés différemment (isolation par l'intérieur, rupteurs de ponts thermiques dans les dalles...). Pour les ateliers, les toitures terrasses végétalisées participent également à l'inertie et à l'isolation.

Atrium bioclimatique

Dans le traitement bioclimatique, un élément très particulier du projet et l'un des plus importants est l'atrium, cour centrale du bâtiment d'enseignement général, autour duquel sont regroupés volontairement les locaux de vie. « Cet atrium non chauffé est couvert d'une verrière en simple vitrage de type agricole. Un système d'ouvrants joue le rôle de régulateur de température. L'air frais entre au niveau bas de l'atrium par des ventelles, se chauffe au contact des surfaces ensoleillées, puis monte au sommet de l'atrium où il se crée un bouchon d'air chaud, une sorte de moteur thermique qui va provoquer son évacuation par effet de cheminée », explique François Gillard.
L'ouverture de ces ouvrants, à partir d'une température de 27°C, est réalisée automatiquement par une GTB avec des sondes thermiques et solaires. Lesquelles viennent aussi piloter les stores de protection solaires (velums) qui se déploient sous la verrière.
Cette gestion optimisée des apports solaires, devrait permettra un gain de 50 à 75% sur les consommations de chauffage des locaux contigus, tout en augmentant les conditions de confort de la cour centrale. Pour les salles de classe, un système de renouvellement d'air par double flux permet, en hiver, de récupérer la chaleur dégagée par les usagers. En été, le renouvellement d'air est entièrement naturel.
Un soin tout particulier est porté à l'éclairage en limitant au maximum le recours à l'éclairage artificiel, qui est modulé en fonction de l'occupation des salles et de l'intensité de la lumière naturelle. Côtés équipements, des systèmes à fort rendement avec récupération de chaleur et peu énergivores ont été privilégiés. Notamment dans les cuisines.

Récupération et stockage de chaleur : une vraie innovation

Parallèlement à la réflexion autour de la réduction des besoins, le maître d'ouvrage a voulu jouer à fond la carte des énergies renouvelables. Mais, alors que la plupart des projets actuels reposent sur une utilisation très importante du photovoltaïque, impliquant des postes de consommation électriques, la Région Poitou-Charentes a choisi d'autres sources d'énergies renouvelables. « Le lycée bénéficie d'un réseau de chaleur alimenté par une Unité de Valorisation Energétique. L'idée est de récupérer la chaleur produite en été par l'incinérateur (en pure perte) et de la conserver dans une cuve de stockage intersaisonnier. Pour contenir l'eau à 95°C, cette cuve en acier de 1 000 m3 est protégée par une épaisseur d'un mètre d'isolant, détaille Christophe Legrand, Chef de projet Energie-Environnement au Conseil Régional. En complément, le lycée est équipé de deux unités de micro-cogénération à l'huile végétale qui produisent de la chaleur prioritairement pour l'eau chaude sanitaire et de l'électricité, qui sera revendue. « Elles permettent de gérer les crêtes de froid, c'est-à-dire une température inférieure à 5°C, de façon à ce que le stockage de chaleur de la cuve ne s'épuise pas trop rapidement », ajoute-t-il. La puissance thermique de ces moteurs, soit 88 kW, équivaut à couvrir les besoins de 10 maisons individuelles.
Enfin, 800 m2 de capteurs photovoltaïques produiront les quelques kilowatts nécessaires manquants.

Une démarche HQH pour Haute Qualité Humaine

Si le chantier du lycée Kyoto s'inscrit parfaitement dans la démarche HQE, avec 7 cibles mention « très performant » sur les 14, il intègre une 15ème cible avec un concept HQH (Haute Qualité Humaine). « Nous avons voulu une implication forte des futurs utilisateurs à chaque étape de réalisation du lycée, explique François Obrecht, Conseiller technique à la Direction générale des Services au Conseil régional. Plus de 50 réunions ont ainsi été organisées avec les enseignants, les élèves, le personnel d'entretien et de maintenance, la direction du lycée. Le deuxième axe de cette démarche a été de placer l'insertion sociale au coeur du chantier. A trois mois de la livraison, 13 000 heures ont été réservées aux demandeurs d'emploi ; ce qui est extrêmement important. Enfin, nous avons souhaité que l'accent soit mis collectivement sur les conditions de travail, notamment la sécurité des ouvriers et toutes les facilités pour mettre en œuvre les composants du bâtiment avec le moins de contraintes possibles ».

L'excellence environnementale : à quel coût ?

32 millions H.T. de travaux et un budget total de 50 millions TTC (équipements compris), c'est le coût du lycée Kyoto de Poitiers, qui s'annonce comme la référence actuelle en matière d'éco-construction et de réduction de consommations énergétiques. Soit 10 % plus cher qu'un bâtiment construit selon la RT 2005, mais avec un coût de fonctionnement énergétique de 60 % de moins. Les études de faisabilité montrent qu'il y aura un retour sur investissement, d'ici 5 à 16 ans (selon l'évolution du prix du baril).


(1) Réduction des consommations de chauffage de 90 kWh/m²/an à 1 kWh/m²/an;
Et des consommations électriques de 45 kWh/m²/an à 4 kWh/m² /an.

Dans le traitement bioclimatique, un élément très particulier du projet est l’atrium.
Dans le traitement bioclimatique, un élément très particulier du projet  est l’atrium.
Le principe du macro-lot pour le clos-couvert

Une des problématiques à résoudre au moment des études de conception a été le choix, pour le clos-couvert, du mode de dévolution des marchés de travaux Compte tenu des enjeux fixés en termes de qualité d'isolation des locaux, celui-ci s'est porté sur le macro lot (co-traitance entre plusieurs entreprises avec une entreprise mandataire qui assure la coordination entre les différents lots). Une solution qui, selon François Obrecht, Conseiller technique à la Direction générale des Services au Conseil régional, offre le plus de garanties possibles par rapport aux résultats à atteindre, puisque les entreprises co-traitantes sont beaucoup plus solidaires entre elles. Les autres lots, les plus techniques (chauffage, ventilation, etc...) sont traités en lots séparés. « La différence s'est fait ressentir, explique-t-il. Après une période clos-couvert qui a été caractérisée par une bonne coordination des entreprises, la phase suivante en lots séparés a connu des difficultés de coordination entre les différents lots ; une situation somme toute habituelle qui nécessite alors une qualité de pilotage bien plus fine et importante que lorsque l'on est en macro lot ou entreprise générale ».

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