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Retour d'expérience : la tour Elithis est-elle vraiment un
Bouclier solaire de la tour Elithis - © © Elithis

Retour d'expérience : la tour Elithis est-elle vraiment un "bâtiment à énergie positive" ?

eric Leysens |  le 20/04/2010  |  BeposEnergiePerformance énergétiqueEnergies renouvelablesCôte-d'Or

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Inaugurée en avril dernier, à Dijon, la tour Elithis était alors annoncée comme le premier bâtiment tertiaire français à « énergie positive ». Tour équipée de plus de 1600 capteurs, les consommations détaillées de sa première année d'exploitation nous sont aujourd'hui livrées.

Lauréat de l'appel à projets PREBAT "bâtiments démonstrateurs en Bourgogne" et, à ce titre, bénéficiaire d'une subvention de près de 240 000 euros, la tour conçue par le groupe Elithis, spécialiste de l'ingénierie des fluides, en partenariat avec les architectes d'Arte Charpentier, va se faire évaluer. Le cabinet d'ingénierie énergétique « Compagnie Dupaquier » vient de remporter l'appel d'offres lancé par l'Ademe pour suivre les consommations du bâtiment sur les deux années à venir. En attendant, le groupe Elithis a déjà instrumenté lui-même le bâtiment afin de pouvoir effectuer ses mesures, analyser les écarts par rapport aux besoins estimés lors de ses simulations et tenter de les corriger. Ainsi, il vient de rendre publique la répartition des consommations réelles du bâtiment durant sa première année d'exploitation.
Comme le prévoit l'article 4 du texte de loi dit Grenelle 1 pour toutes les constructions neuves à partir de 2021, les modélisations réalisées lors de la conception de la tour Elithis avaient montré que le bâtiment livré début 2009 présentait une « consommation d'énergie primaire inférieure à la quantité d'énergie renouvelable produite» ; il s'agit ici de l'électricité produite par les panneaux photovoltaïques du toit et injectée dans le réseau. Les mesures relevées par Elithis durant les quatre premières saisons de vie du bâtiment doivent, normalement, permettre de vérifier, par l'expérience, que ce bilan énergétique se vérifie lors de l'exploitation du bâtiment. La tour serait ainsi exportatrice d'énergie et non importatrice. On pourrait alors réellement parler de « bâtiment à énergie positive ».

Sachant que durant cette première année, le taux d'usage de la tour, avec 4-5 étages occupés sur 9, n'était que de 56%, et faisant remarquer que cette première année de vie du bâtiment, nommée année de parfait achèvement, est une année de « réglage », Thierry Bièvre le directeur du groupe Elithis, maitre d'ouvrage, maitre d'œuvre et co-occupant du bâtiment, a présenté les résultats des mesures en insistant sur le fait qu'ils devraient s'améliorer l'année prochaine. Une chose est sûre : même si les mesures se révèlent pour certains postes comme la bureautique largement supérieures aux estimations et éloignent la tour Elithis de l' « énergie positive », cet ovoïde de verre de 9 étages se situe déjà, en pratique, largement au-dessus des exigences théoriques d'un bâtiment basse consommation.

Présentation de la consommation de chacun des postes : chauffage, rafraîchissement, ventilation, pompes et auxiliaires, éclairage, ascenceur et activité professionnelle, et également de la production d'éléctricité photovoltaïque.

Chauffage : une température intérieure jugée non confortable

Pour réaliser les calculs de la simulation thermique du bâtiment, les ingénieurs d'Elithis ont pris l'hypothèse d'une valeur moyenne, en hiver, d'une température intérieure de 20°C. Au quotidien, les collaborateurs ont jugé cette température théorique trop basse, et ont réclamé de chauffer plus que prévu. La température de confort d'hiver mesurée sur la première année d'exploitation, a été en réalité de 22°C.
Dans un bâtiment bien isolé, où les besoins de chauffage sont réduits, une légère modification de température implique une importante modification des consommations. Cette différence de 2°C, entre théorie et pratique, a été la principale cause du triplement de la consommation évaluée lors des simulations, 6,32 kWhep/m²SHON/an contre 2 kWhep/m²SHON/an estimés.
Pour la suite, Thierry Bièvre espère réussir à faire travailler ses collaborateurs dans une ambiance de 21°C en hiver. Une occupation complète du bâtiment devrait aussi permettre d'obtenir des calories gratuites complémentaires et ainsi permettre, d'après Elithis, de faire tendre la consommation de chauffage vers 0.

Le choix d'une chaufferie fonctionnant avec des granulés fournis par une filière locale, s'est aussi révélé peu judicieux pour ce bâtiment. D'après Thierry Bièvre, durant la période la plus froide, avec des températures extérieures négatives, le système de chauffage répondait bien aux besoins. Mais dès que la température extérieure était supérieure à 0°C, il devenait difficile d'épouser finement, avec un cycle de combustion, les faibles besoins de chauffage du bâtiment. Le système avait tendance à chauffer plus que nécessaire. « Lorsque la demande est satisfaite, le foyer termine de brûler ses derniers pellets et le rendement s'en trouve donc très affecté »
La récupération des calories des serveurs et des appareils de radiologie, via la production d'eau glacée, doit encore être affinée. Elle permettra de réduire l'utilisation de la chaufferie en mi-saison tout en réduisant les besoins de rafraîchissement de ses appareils.

Rafraîchissement : de meilleurs résultats que prévu

Bien que l'été 2009 ait été qualifié de « chaud » par Météo-France, les consommations électriques liées au rafraîchissement du bâtiment, autour de 6kWhep/m²SHON/an, se sont révélées moins élevées que les prévisions.
Pour renouveler l'air et rafraîchir un bâtiment dont les fenêtres ne s'ouvrent pas, les équipes d'Elithis ont mis en place un système breveté qu'ils ont baptisé du nom savant de « ventilation naturelle à triple flux ». En pratique, il s'agit d'une ventilation double flux avec échangeur de chaleur complété par des obturateurs répartis tous les 2m70 sur les parties opaques de la façade. Ainsi, durant les journées de mi-saison et les nuits d'été, pour dissiper les calories générées par l'activité professionnelle, les obturateurs s'ouvrent automatiquement, l'arrivée d'air du système double flux est bloquée, l'air extérieur dont la température est comprise entre 10 et 15°C pénètre alors par l'obturateur, entraîné par le système d'aspiration toujours en fonctionnement. Mais durant cette année d'achèvement, seul le double flux a fonctionné. L'automatisation des obturateurs nécessitant encore des mises au point, ils n'ont été ouverts qu'en marche forcée. Une fois réglée, cette « ventilation triple flux » devrait permettre de baisser encore la consommation de ce poste ; ou au moins compenser les apports calorifiques estivaux supplémentaires qui seront apportés par une occupation complète du bâtiment.

Ce poste tient aussi compte des consommations énergétiques liées au rafraîchissement du process informatique. Ce rafraîchissement est notamment assuré par un système de transfert frigorifique basé sur la production d'eau glacée, spécialement dédié aux machines, qui n'a pas fonctionné correctement durant l'année d'achèvement.

Ventilation : le compte est bon

Les consommations électriques pour la ventilation, près de 15kWhep/m²SHON/an, ont été légèrement supérieures à la valeur estimée. Le groupe Elithis précise que « la gestion des plages d'utilisation, plus longue que celle initialement pensée, est compensée par les faibles pertes de charges constatées». Et il remarque que « l'étanchéité imparfaite, bien qu'ayant fait l'objet d'attentions particulières durant les travaux, génère des dépenses neutralisées par les pièges à sons qui ont été retirés, car s'avérant inutiles. »

Pompes et auxiliaires : une consommation sous-estimée

Sous-estimées dans les simulations, les consommations des pompes et auxiliaires se révèlent non négligeables. Alors qu'elles étaient estimées à 1,1kWhep/m²SHON/an, les mesures ont montré qu'elles s'approchaient de 3 kWhep/m²SHON/an. « La nécessité d'installer, de surcroît, un surpresseur pour le dispositif adiabatique concourant au rafraîchissement des locaux lors de l'élévation des températures estivales incrémente cette source de dépenses. », précise le Groupe Elithis.

Eclairage : 7% des surfaces représentent 50% des consommations

Les besoins pour l'éclairage artificiel se sont situés en dessous du chiffre donné par les simulations. Grâce à des capteurs installés dans l'ensemble du bâtiment, Elithis a pu remarquer que 50% des consommations sont dus à 7% des surfaces : parkings, cages d'escalier et hall d'entrée. La faible représentation des bureaux dans le besoin total d'éclairage du bâtiment s'explique en grande partie par la part importante de surface vitrée du bâtiment (75% de l'enveloppe).

Ascenseurs : moins consommateurs que l'escalier

Cage d'escalier décoré, charte d'éco-comportement ... tout à été fait pour que les collaborateurs du groupe Elithis, occupant les trois derniers étages, privilégient l'escalier à l'ascenseur pour aller rejoindre leurs bureaux. C'était sans savoir que la consommation d'énergie nécessaire à l'éclairage du passage par l'escalier se révélerait supérieure à celle du mouvement de l'ascenseur. L'escalier étant au centre du bâtiment, il ne bénéficie d'aucun éclairage naturel. Pour aller du RDC au 9e, ce n'est pas moins de 24 lampes automatisées qui s'allument, et dont la puissance doit être suffisante pour satisfaire la réglementation sur l'éclairage d'évacuation.
Ce constat est vrai pour monter 9 étages, mais pas pour aller d'un étage à l'autre. C'est pourquoi Thierry Bièvre regrette aussi que, bien que bénéficiant d'un escalier direct depuis le R.d.C., les radiologues, situés au premier étage, ne parviennent pas à faire en sorte que leur clientèle privilégie celui-ci.

Activités professionnelles : près de 10 fois les consommations de chauffage

Pour le poste dit bureautique, Thierry Bièvre parle d'un « échec assumé » et reconnaît avoir fait preuve d' « un excédent d'optimisme ». Avec une consommation électrique mesurée plus que doublée par rapport aux simulations, les activités professionnelles représentent, avec plus de 50kWhep/m²SHON/an, le plus gros poste de consommation de la tour. Pourtant, 80% des collaborateurs du groupe Elithis se sont équipés d'ordinateurs portables, nettement moins énergivores que des postes fixes, et ils ont été sensibilisés à l'importance d'éteindre leurs postes en fin de journée. Mais les autres occupants n'ont pas forcément accompagné cet effort. Même l'Ademe Bourgogne qui occupe tout le 5e étage est loin d'avoir équipé toutes ses équipes d'ordinateurs portables.
L'autre principal problème se trouve du côté des serveurs qui représentent 1/3 des consommations directement liées aux activités professionnelles. Beaucoup de serveurs sont utilisés en miroir pour stocker les plans, et même lorsque le bâtiment est inoccupé, ils restent allumés. Afin de corriger le tir, Thierry Bièvre envisage d'éteindre les serveurs aux heures non ouvrables. Le chef d'entreprise remarque que cela empêchera au passage ses équipes de travailler le soir ou le week-end.

Production photovoltaïque : moins de la moitié de la consommation énergétique totale

Avec 1m² de panneaux photovoltaïques installés sur le toit de la tour pour 11m² de SHON, la production d'électricité annuelle injectée dans le réseau s'est élevée à 78 000 kWh. En prenant l'ensemble des postes du bâtiment, on obtient une consommation, sur l'année d'achèvement, de 162 000 kWhep, soit plus du double de la production locale d'électricité photovoltaïque.

Après 4 saisons écoulées, on ne peut donc pas qualifier la tour Elihis de « bâtiment à énergie positive ». Le directeur d'Elithis reconnaît d'ailleurs que le terme « énergie positive » relève plus, pour lui, d'une philosophie que d'une appellation technique. Néanmoins, la tour Elithis peut tout de même prétendre figurer parmi les bâtiments tertiaires passifs les plus performants d'Europe. Ce qui explique la présence dans la tour d'universitaires étrangers venus étudier ce remarquable ovoïde de verre. Mettant plus en cause les comportements des usagers que la conception du bâtiment pour expliquer les écarts de consommation entre la théorie et la pratique, Thierry Bièvre souhaite même faire de la tour Elithis un laboratoire comportemental. En attendant, après cette année d'achèvement, en accentuant l'éco-management, il continuera sa route vers l'énergie positive, aujourd'hui horizon plutôt que cible.

Consommations estimées (phase conception) en kWhep/m²Shon/an Consommations mesurées (phase exploitation) en kWhep/m²Shon/an Production estimée en kWh/m²Shon/an Production mesurée en kWh/m²Shon/an
Chauffage 26,32
Rafraîchissement 10,66,23
Ventilation13,114,08
Pompes et auxiliaires1,12,6
Ascenseurs3,63,58
Eclairage10,59,5
Activité professionnelle24,254,6
Total des postes65,197,63
Photovoltaïque5048
Total15,149,63
Energie grise (1)
Pas d' évaluation à ce jour
Transport (2)
Un plan de déplacement global, pour tous les locaux tertiaires du quartier, est en cours d'élaboration

1 : énergie nécessaire à la construction, à l'entretien, à la maintenance et à la démolition du bâtiment
2 : énergie primaire nécessaire aux transports des utilisateurs du bâtiment

Tableau récapitulatif

EXPLICATIONS SUR LES kWhep/m²Shon/an

kWhep/m²Shon/an
Kilowattheure d'énergie primaire par m² de Surface hors œuvre nette et par an.

Passage de l'énergie finale à l'énergie primaire
Pour passer des consommations en énergie finale à des consommations en énergie primaire, les coefficients de transformation Energie Primaire / Energie finale adoptés sont ceux du label BBC-Effinergie :
- Energie Electrique : 2,58 ;
- Energie Biomasse : 0,60.

La surface prise en compte
Le bâtiment étant loin d'être entièrement occupé, la SHON prise en compte n'est pas celle du bâtiment mais celle qui a été utilisée durant cette première année d'exploitation. Pour obtenir des kWhep/m²/an, les consommations mesurées ont donc été divisées par la surface occupée.

kWhep/m²SHON/an

Kilowattheure d'énergie primaire par m² de Surface hors œuvre nette et par an.

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