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Matthias Schuler et Ulrich Rochard - © © DR

"Vers des tours à haute efficacité énergétique"

Matthias Schuler et Ulrich Rochard, ingénieurs chez Transsolar |  le 16/12/2009  |  tours_vertesPerformance énergétiqueEnergieFormation BTPFrance

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En réponse au point de vue d'Olivier Sidler sur les tours, Matthias Schuler et Ulrich Rochard ingénieurs chez Transsolar Energietechnik GmbH, bureau d'étude allemand reconnu internationalement, donnent leur vision des tours.

Le point de vue d'Olivier Sidler, directeur du bureau d'étude Enertech, fait référence à la Post Tower à Bonn et à notre société. Il nous semble important de détailler le concept de cette tour pour comprendre les valeurs utilisées par Olivier Sidler et le rôle que cette tour a joué dans le développement des tours vertes. Nous profitons de cette occasion pour rajouter à la discussion sur les tours en France, l'opinion d'un bureau d'études, qui travaille depuis 17 ans sur des concepts énergétiques et climatiques pour des bâtiments à faible consommation et qui a participé à de nombreux projets de tours au niveau international.

Il en est de même pour la Post Tower. Nous ne savons pas, si elle est « la tour verte la moins consommatrice du monde ». Trop peu de valeurs mesurées sont disponibles sur les tours et encore moins sont vérifiées et analysées par la communauté des spécialistes de l'énergie dans le bâtiment.
Ce qui est vrai : Son concept était un jalon de référence dans l'évolution des tours vertes. Il répond parfaitement aux exigences du maître d'ouvrage (Deutsche Post AG) envers un bâtiment représentatif et exceptionnel, une préservation maximale de la plaine alluviale du Rhin, une grande flexibilité, une très bonne qualité des places de travail, et une minimisation des coûts énergétiques de fonctionnement.

Post Tower : un concept viseant surtout à réduire les consommations d'électricité

Une double façade qui s'adapte au climat, au vent et aux besoins thermiques des occupants joue un rôle parfait d'intermédiaire entre le climat extérieur et le confort intérieur souhaité. Elle permet l'ouverture des fenêtres à tous les étages, quelles que soient les conditions météorologiques, offre une protection solaire performante et préchauffe l'air neuf en hiver.
Une utilisation optimale de la lumière du jour est combinée avec un système d'éclairage artificiel réglé selon la luminosité.
Des éléments de ventilation décentralisés - spécialement développés et mis en œuvre dans une tour pour la première fois- assurent l'apport d'air neuf quand les fenêtres sont fermées. Ils donnent la possibilité de chauffer ou de refroidir l'air neuf. Si une fenêtre est ouverte, l'élément correspondant est arrêté.
L'air repris (par évacuation naturelle) est utilisé pour le chauffage des atriums à plusieurs niveaux (skygardens).
Les occupants peuvent adapter individuellement la température, le taux de renouvellement d'air, la protection solaire et l'éclairage artificiel à leur place de travail.
Les locaux sont chauffés et refroidis par les surfaces rayonnantes des dalles actives. Le refroidissement des dalles actives et de l'air neuf s'effectue par l'eau de nappe.
Le bâtiment est essentiellement alimenté en chaud par la chaleur urbaine de Bonn, qui est produite par cogénération à base d'incinération de déchets et de gaz. Elle a un coefficient de conversion en énergie primaire de 0, certifié selon les normes allemandes.

La prise en compte des conditions spécifiques du site mène à un concept qui vise à réduire surtout les consommations d'électricité, même si les consommations de chauffage doivent augmenter. Grâce à la chaleur urbaine neutre au niveau d'énergie primaire, les consommations de chauffage n'ont que peu d'impacts environnementaux. En conséquence, nous avons opté pour un système de ventilation sans réseau et sans récupération de chaleur, mais très faible en consommation électrique. Le résultat est illustré par les valeurs de consommation : 10 kWhef/m²/an pour la ventilation, mais 60 kWhef/m²/an pour le chauffage.

Les consommations pour le chauffage, le refroidissement, la ventilation et l' éclairage s'élèvaient, pour l'année 2003, à 76 kWhep/m²

Revenons à ce point aux valeurs qu'utilise Olivier Siedler. Une simulation thermique dynamique lors de la réalisation de la tour annonçait des consommations prévisionnelles suivantes :
- Chauffage : 45 kWhef/m²/an
- Refroidissement : 0 kWhef/m²/an
- Ventilation : 9 kWhef/m²/an
- Eclairage : 11 kWhef/m²/an

La valeur pour la bureautique n'était pas une valeur calculée. Elle correspond aux hypothèses de calculs pour les apports internes pris en compte dans la simulation. Avec les coefficients de conversion en énergie primaire de 2,7 pour l'électricité en Allemagne et de 0 pour la chaleur urbaine à Bonn, les consommations prévisionnelles en énergie primaire pour chauffage, refroidissement, ventilation et éclairage s'élèvent à 54 kWhep/m²/an.

Les consommations facturées en 2003 pour les bureaux (sans les espaces exceptionnels comme le RIE) étaient les suivantes :
- Chauffage : 60 kWhef/m²/an
- Refroidissement : 3 kWhef/m²/an
- Ventilation : 10 kWhef/m²/an
- Eclairage : 15 kWhef/m²/an

Dans le cas de la Post Tower il s'agit de valeurs non issues d'une campagne de mesures, mais d'un relevé de compteurs à la fin de la première année de fonctionnement, avec toutes les difficultés de répartition sur les différents usages. De plus, ce sont des valeurs d'un bâtiment en cours d'aménagement et d'optimisation des systèmes techniques et de réglage (ce qui prend 1 à 2 ans pour des bâtiments complexes). Elles représentent un premier indice, si le concept fonctionne. Elles sont d'une grande incertitude et ne disent que peu de choses sur les consommations définitives. Mais surtout, elles ne peuvent servir de base à une argumentation générale sur la consommation énergétique des tours vertes.

Les consommations en énergie primaire pour chauffage, refroidissement, ventilation et éclairage s'élèvent pour la première année de fonctionnement (avec le climat exceptionnel de 2003) à 76 kWhep/m²/an. Une valeur bien loin des valeurs annoncées par Oliver Siedler (448 kWhep/m²/an tous usages confondus, dont environ 150 kWhep/m²/an pour les utilisations citées ci-dessus) et une valeur encourageante pour nous. N'oublions surtout pas que la conception de la tour date d'il y a 10 ans !

Transférer une tour et son concept dans un autre pays et simplement changer les coefficients de conversion, comme le fait Olivier Siedler, est trop simple. Ceci nécessite une analyse plus fouillée. Et cette démarche est complètement contraire à notre philosophie d'une conception en accord avec les conditions locales de chaque site. La Post Tower serait différente, si elle avait été construite à Marseille, Grenoble ou Paris.

Autant d'exemples où les consommations mesurées sont inférieures aux calculées que l'inverse

Finalement, il y a les valeurs issues des méthodes de calculs réglementaires. Elles servent avant tout à comparer les performances énergétiques de différents bâtiments dans des conditions « standardisées ». Ces méthodes ne sont pas appropriées pour calculer les consommations prévisionnelles. Ce n'est pas leur but. Il ne faut pas mélanger des chiffres qui ne sont pas comparables : les valeurs d'une réglementation thermique, les consommations prévisionnelles d'une simulation et les consommations mesurées. La comparaison de valeurs calculées avec des consommations réelles est en premier lieu un travail pour comprendre les différences entre les hypothèses de calcul et les conditions de climat, d'utilisation et de fonctionnement des installations pendant la période de mesures. Il y a d'ailleurs autant d'exemples où les consommations mesurées sont inférieures aux valeurs calculées que l'inverse.

L'expérience a permis d'apprendre que l'acceptation du revirement fondamental qui est nécessaire dans notre utilisation de l'énergie pour les bâtiments ne passe que par l'assurance d'un bon confort des occupants et par leur satisfaction. Pour cela, les aspects du confort sont toujours intégrés dans nos concepts d'efficacité énergétique. On sait que la satisfaction des occupants augmente avec un bon éclairage naturel, un accès à la ventilation naturelle, le recours aux surfaces rayonnantes et la possibilité d'intervenir sur les systèmes techniques. Et souvent on y trouve des synergies avec l'efficacité énergétique.
La satisfaction des occupants de la Post Tower, surtout avec les conditions de travail relatives à l'éclairage naturel, la ventilation, le climat intérieur et les possibilités d'intervention, a d'ailleurs été affirmée par une étude de l'Université de Koblenz (Dr. R. Walden, Koblenz, 2004).

On peut aujourd'hui construire des tours en France qui respecteront le Plan Climat de Paris et la future réglementation thermique (RT 2012) tout en augmentant le confort, la satisfaction et la productivité des utilisateurs. Nous avons soutenu cette hypothèse par des études de faisabilité pour plusieurs tours. Il reste à le prouver par une réalisation concrète sur laquelle un suivi de mesures énergétiques serait effectué.

Problèmes énergétiques intrinsèquement liés aux tours

Il est vrai que les tours ont quelques spécificités qui posent problème au niveau énergétique :
Elles possèdent une surface de façade relativement grande par rapport à la surface utile, qui est souvent plus difficile à traiter thermiquement qu'un plancher vers sol ou une toiture.
Les transports verticaux des personnes et des fluides nécessitent plus d'énergie et de surface que dans des bâtiments bas.
Les exigences structurelles entraînent la mise en œuvre de plus de matériels, donc une énergie grise plus élevée que pour des bâtiments bas.
Dans le futur, nouveaux concepts de façades multifonctionnelles, de ventilation décentralisée, d'ascenseurs à récupération d'énergie, de nouveaux matériels et de nouveaux modes de construction vont réduire considérablement l'impact de ces points et améliorer le bilan global des tours.

La bureautique et l'éclairage artificiel par contre ne sont pas des problématiques spécifiques aux tours. Il faut les optimiser dans tous les bâtiments tertiaires. La technique de bureautique disponible aujourd'hui permet déjà de réduire les consommations par le facteur 10. Et le potentiel de réduction par des systèmes d'éclairage performants est également important. Les réductions possibles dans ces domaines auront d'ailleurs un effet positif sur les besoins de refroidissement dans les bureaux.

Au-delà des points problématiques, les tours peuvent avoir des effets environnementaux positifs : ils peuvent, par exemple, contribuer à une utilisation plus raisonnable du sol, à la création de plus d'espaces verts dans les villes, à un affaiblissement de l'effet d'îlot de chaleur urbain et une meilleure ventilation des villes. Les projets nécessitent donc une approche globale. Le seul critère d'énergie primaire ne suffit pas.

Les tours resteront des exceptions dans la construction. Mais des situations qui nécessitent une densification extrême, liée à des nœuds stratégiques de transports en commun et avec une mixité d'utilisations leur permettront de trouver une place tout à fait justifiée au point de vue écologique, économique et urbanistique dans les métropoles du 21ème siècle.

Matthias Schuler et Ulrich Rochard
Matthias Schuler et Ulrich Rochard - © © DR
Post Tower

Livraison : 12/2002
SHON : env. 107.000 m²
Superstructure : 40 étages
Infrastructure : 5 étages
Hauteur : 162,5 m
Places de travail : 2.000

kWhef/m²/an

kiloWattheures en énergie finale par m² et par an

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