Pour Lisa Heschong, architecte et auteure de l’ouvrage de référence Architecture et volupté thermique, conserver la chaleur ou au contraire s’en protéger est un comportement si anciennement ancré dans les cultures que les comportements liés à la gestion thermique de nos corps et espaces appartiendraient à « un plan culturel presque inconscient1 ». L’architecture étant reconnue en France comme une expression de la culture, le confort d’été qui désigne la résultante des moyens mis en œuvre pour réduire, lorsque cela est possible, les désagréments des usagers liés à la surchauffe est donc définitivement l’une des prérogatives de l’architecte du XXIe siècle.
Les exemples présentés dans ce dossier reprennent les trois grandes familles de dispositifs de lutte contre le chaud (ventilation, performances des matériaux et ombrage). Il est cependant important de rappeler que les réponses à la seule échelle de la façade ne sont pas suffisantes et qu’il faudra a minima combiner plusieurs solutions entre elles, à différentes échelles, pour s’adapter aux chaleurs qui viennent.
1. Lisa Heschong, Architecture et volupté thermique (trad. H. Guillaud), Éditions Parenthèses, 2021 (première édition, 1979).
Bottes de frais
Construction du collège Niki-de-Saint-Phalle à Nancy, par MU Architecture
La performance thermique d’un bâtiment est souvent réduite à l’image d’un manteau qui servirait à maintenir l’intérieur au chaud. Le coefficient de conductivité thermique est en réalité la capacité d’un matériau à empêcher la transmission du chaud et du froid entre les espaces qu’il sépare. Ainsi, un isolant performant sera tout aussi efficace à garder la chaleur en dedans qu’en dehors. Sachant cela, ce trio d’architectes associés depuis plus de dix ans et lauréats des AJAP en 2012 s’est lancé, avec le soutien du Département de Meurthe-et-Moselle, dans la conception d’un collège pouvant accueillir jusqu’à 480 élèves, répartis en 16 classes, en structure bois et isolation paille à énergie positive.
Le projet du collège Niki-de-Saint-Phalle à Nancy, réalisé par MU Architecture, se présente comme une référence dans l’application de principes low-tech avancés pour optimiser la performance thermique et le confort d’été. Cette ambition se traduit par une combinaison de choix de matériaux innovants et de stratégies de conception passive, établissant de nouveaux standards pour les bâtiments éducatifs à faible empreinte carbone, le tout en plein cœur du campus d’excellence ARTEM – la proximité avec trois écoles supérieures créera peut-être des vocations chez les collégiens.
Dès les premières phases de conception, le volume du bâtiment est optimisé pour minimiser les interfaces avec l’air ambiant. Moins de surfaces permet de réduire la potentielle transmission thermique. Les surfaces vitrées sont également travaillées dans ce sens dans un jeu d’équilibre entre éclairage naturel et surface de déperdition thermique. Des brise-soleils orientables en aluminium fournissent une protection solaire modulable permettant aux usagers d’ajuster le niveau de luminosité et l’inconfort provoqué par l’exposition directe aux rayons du soleil. Aux parties opaques de la façade, un bardage de tôles ajourées thermolaquées assure la conformité chromatique au schéma directeur, qui exigeait à cet endroit un bâtiment foncé tout en assurant une circulation de l’air régulant la surchauffe.
L’isolation en paille, élément central du dispositif thermique, offre un coefficient de conductivité thermique (λ) remarquablement bas, se situant aux alentours de 0,07 W/(m·K). Cette performance exceptionnelle minimise la transmission thermique entre l’intérieur et l’extérieur, contribuant ainsi à stabiliser la température intérieure tout au long de l’année. La capacité spécifique de la paille à stocker la chaleur (capacité thermique massique), combinée à son épaisseur (36 cm), joue un rôle crucial dans la modulation des variations thermiques diurnes et saisonnières, essentielle pour le confort d’été. La différence entre les températures intérieure et extérieure est « contenue » par l’épaisseur de paille, retenant la diffusion du froid ou du chaud de l’extérieur vers l’intérieur. Le moment où le bâtiment atteint un seuil d’inconfortabilité, chaud ou froid, est ainsi repoussé jusqu’aux heures de la journée où les élèves sont rentrés chez eux.
Une approche holistique
Le standard PassivHaus, auquel le projet adhère, impose des critères précis : une demande de chaleur pour le chauffage n’excédant pas 15 kWh/(m2·an) et une étanchéité à l’air n’excédant pas 0,6 renouvellement complet d’air par heure lors d’une validation de la norme n50 soumettant le bâtiment à une pression de 50 Pa. Ces exigences sont atteintes grâce à une conception méticuleuse de l’enveloppe du bâtiment, qui intègre des fenêtres à triple vitrage avec des cadres isolants et des joints d’étanchéité performants pour réduire les pertes de chaleur.
Le système de ventilation mécanique contrôlée (VMC) avec récupération de chaleur par une centrale de traitement d’air (CTA) adiabatique est un autre pilier de la stratégie thermique, permettant de renouveler l’air intérieur sans perdre de chaleur, avec un taux de récupération de chaleur supérieur à 75 %. Cette technique assure une qualité d’air intérieure optimale tout en minimisant les besoins en chauffage et en refroidissement. Des brasseurs d’air placés par cellule de convection de 15 m2 mettent l’air en mouvement, augmentant la tolérance à la chaleur au besoin.
L’intégration au réseau de chaleur urbain de Nancy illustre une approche systémique de l’efficacité énergétique. Ce choix permet de tirer parti d’une source d’énergie plus propre et plus stable, réduisant ainsi l’empreinte carbone de l’établissement.
En somme, le collège Niki-de-Saint-Phalle se distingue par une approche holistique de la performance thermique, combinant matériaux à faible impact environnemental, technologies de pointe en matière de gestion énergétique et technique dites « low-tech » reprenant les propriétés naturelles de matériaux prélevés à moins de 60 km du site de construction. Ce projet illustre l’application réussie de principes scientifiques et techniques dans le domaine de l’architecture durable, offrant un modèle pour les futures constructions orientées vers l’excellence énergétique et le confort climatique, tant pour les équipements éducatifs que pour d’autres programmes.
[ Maître d’ouvrage : Département de Meurthe-et-Moselle – Maîtres d’œuvre : MU Architecture ; paysagiste, Atelier Moabi ; structure bois, SCOP Gaujard ; technologie structure : Anatech ; écoconception, Milieu Studio ; fluides, Louis Choulet ; Économie, VPEAS ; VRD, 3iA ; SSI, BSSI – Chantier lots bois : structure, charpente vêture : Le Bras Frères ; fournisseur paille : Univert’foin (54) ]
Activité de plein air
Rénovation thermique de l’ENSA Montpellier, par Benoît Maignial Architectes & Associés
Situé dans les hauteurs de la ville, le bâtiment historique de l’ENSA est une construction typique des années 1970, véritable passoire thermique que les étudiants et le personnel se sont appropriée par de nombreux systèmes d’appoint en façade pour faire face à l’amplitude thermique du lieu. L’agence locale de Benoît Maignial en a pensé la réhabilitation entre 2020 et 2022. Il était urgent de retrouver l’épure de la façade tout en repensant entièrement la logique thermique du bâtiment.
L’École nationale supérieure d’architecture de Montpellier a ouvert ses portes en 1978. On attribue le bâtiment central, conçu sur la base d’un projet collectif entre enseignants et étudiants, aux architectes Édouard Gallix, Michel Rueg, Luc Doumenc et Jean Leccia. Le bâtiment original de l’école d’architecture reprend de nombreux principes théorisés par Patrick Geddes, l’urbaniste pionnier de l’écologie qui fonda en 1924 le Collège des Écossais, directement attenant à ce qui deviendra l’ENSAM. Située au point culminant de Montpellier, l’école s’ouvre par ses quatre côtés au site et vient révéler le génie du lieu, si cher à Geddes, en offrant des vues sur la Méditerranée au sud et sur la haute garrigue et le pic Saint-Loup au nord. En 2005, un concours pour l’extension de l’école vient enfermer le bâtiment central entre deux crochets de béton à l’expression brutaliste, reléguant le cœur historique de l’école au rang de sous-bâtiment vieillissant.
La direction de l’ENSAM a profité du programme France Relance début 2020 pour faire financer la rénovation énergétique de l’école historique, vétuste et en surconsommation énergétique tant pour son chauffage en hiver que pour son rafraîchissement en hiver. C’est l’architecte Benoît Maignial qui est désigné pour piloter la rénovation. Installé à Saint-Jean-de-Védas, à une dizaine de kilomètres du chantier, cet ancien étudiant de l’ENSAM va jouer de sa connaissance de l’histoire du lieu pour entièrement repenser la thermique du bâtiment.
La première intention a été de revenir aux tracés régulateurs originaux de la façade historique. Parmi les dégradations subies par le bâtiment de 1978, la plus visible était peut-être la colonisation des façades par les nombreux blocs climatiseurs extérieurs. Les boîtes blanches brisaient ainsi la simplicité géométrique de la trame verticale calée sur la largeur des voûtains préfabriqués, caractéristiques du bâtiment. La première opération de rénovation a donc été de déposer tous ces éléments parasites.
Les mêmes voûtains qui fixent le rythme de la façade passent à travers le plan de la façade et sont visibles au plafond des salles. Les faux plafonds techniques ont donc été proscrits, de même que les planchers techniques qui auraient nécessité une remise aux normes PMR de cet ERP déjà scarifié de rampes postiches, en générant un alourdissement hors normes pour la structure préfabriquée vieillissante. Pour profiter des vues sur le paysage, les surfaces vitrées sont omniprésentes, provoquant des échanges thermiques aux valeurs dantesques entre intérieur et extérieur. Sous toutes ces contraintes formelles empêchant l’installation des équipements habituels, comment gérer la thermique du bâtiment ?
Activer les façades
L’école est organisée autour de deux volumes cubiques imbriqués sur une arête. Ces volumes vides sont en double hauteur et sont pourvus d’ouvrants en toiture. Ces deux halls sont cerclés sur deux étages de coursives qui desservent les salles de cours, ateliers et bureaux tous situés en périphérie des deux volumes vide. L’idée ici est de forcer la circulation de l’air depuis les façades périphériques vers les ouvrants hauts des halls centraux en profitant du réchauffement naturel de l’air par les occupants du bâtiment et donc de l’ascension inévitable de l’air « piégé » à l’intérieur. La canalisation de l’air est le point central de l’optimisation thermique de l’ENSAM, à tel point qu’un guide à l’usage des étudiants et du personnel de l’école a été produit pour leur indiquer, en toutes saisons et à toute heure, quelle attitude adopter pour ne pas entraver la ventilation naturelle.
L’enveloppe du bâtiment est entièrement retravaillée pour correspondre visuellement avec le dessin du bâtiment original tout en s’adaptant aux nouvelles exigences environnementales. Avec le concours de l’aluminier Technal, les montants des murs-rideaux sont remplacés par de nouveaux profilés quasi identiques en dimensions, certifiés Hydro Circal 75R (le label assurant un aluminium recyclé postconsommation), et bien plus performants thermiquement avec des coefficients Uw de l’ordre de 1,4 W/m2.K. À titre de comparaison, un simple vitrage possède un Uw avoisinant 5 W/m2.K, un double vitrage, 1,5 W/m2.K et un triple vitrage, 0,7 W/m2.K, le but étant d’obtenir une valeur la plus proche de zéro, indiquant qu’aucun transfert de température n’est possible. Les 1 100 m2 de façade-rideau et les nombreuses menuiseries sont remplacées pour étancher au mieux l’édifice.
Pour que la température reste sous contrôle, une pompe à chaleur adiabatique alimentée par un champ de panneaux solaires est installée dans les sous-sols de l’école. Un réseau dédié est déployé dans les vides sanitaires d’époque en direction de caissons étanches placés en allèges et le long des arêtes de la façade. L’air neuf passe en priorité par ces caissons, dans lesquels des thermoconvecteurs connectés à la pompe à chaleur soufflent de l’air chaud en hiver et de l’air frais en été. La température de cet air est automatiquement réglée en fonction de la température ambiante pour atteindre l’objectif de 19 °C minimum en hiver et de 27 °C maximum en été. Les usagers ont le soin d’ouvrir ou de refermer des flaps en aluminium pour réguler le flux d’air entrant. Il s’agit, avec une ventilation mécanique aux ouvrants de toiture des halls, du seul système de ventilation active du projet. De simples brasseurs d’air en plafonniers et des brise-soleil fixes intégrés aux vitrages complètent la panoplie de dispositifs visant à réduire de 60 % la consommation énergétique du bâtiment, le tout dans un délai réduit à dix-huit mois et avec des entreprises exclusivement situées en Occitanie. Cet objectif et les moyens mis en œuvre pour l’atteindre ont permis au projet d’être récompensé fin 2023 par le prix RéHAB XX, dans le cadre du Palmarès des réhabilitations exemplaires de l’architecture de la seconde moitié du XXe siècle (catégorie Enseignement supérieur) organisé par le ministère de la Culture. Selon le premier bilan énergétique du bâtiment, les économies atteindraient en réalité 73 % de la consommation pré-rénovation, 84 % de réduction des émissions de GES de l’école, et permettraient même à celle-ci de générer un bénéfice sur la revente du surplus de la production électrique des panneaux solaires.
[ Maître d’ouvrage : ENSAM (ministère de la Culture) ; maître d’ouvrage délégué : SEM ARAC Occitanie – Maîtres d’œuvre : Maignial Architectes & Associés ; BET CFO/CFA/SSI : BETSO ; BET enveloppe/façade : Terrell ; menuisier aluminium : Lorillard Bâtiment – Entreprise générale mandataire : EGM Entreprise Générale Méridionale ]
Sudare, ou l’art de se tenir à l’ombre
Extension du musée Albert-Kahn à Boulogne-Billancourt, par Kengo Kuma and Associates Paris
Les dispositifs d’ombrage sont probablement dans l’histoire humaine le plus ancien moyen de contrôle de la climatique de son espace intérieur. De la première forme d’agglomération construite à Çatalhoyük en Asie Mineure – faites de toits juxtaposés les uns aux autres – aux toutes dernières innovations technologiques proposant des vitrages dont la teinte change selon l’intensité du rayonnement solaire, le couvert face au pouvoir calorifère des rayons de notre étoile a toujours été le premier moyen d’empêcher la surchauffe de nos lieux de vie et d’activité. Dans le cas du musée Albert-Kahn de Boulogne-Billancourt, l’agence parisienne de Kengo Kuma and Associates (KKAA) réinterprète l’art du sudare, ces paravents japonais traditionnels en roseaux tressés, dont le rôle était d’occulter le soleil tout en maintenant un voile protecteur entre l’extérieur profane et l’intérieur sacré.
Au printemps 2022, l’agence KKAA livre la rénovation de l’ancienne propriété du banquier philanthrope Albert Kahn à Boulogne-Billancourt (92). Le musée départemental abrite la collection de près de 183 kilomètres de films et de plus de 72 000 autochromes, les premières photographies en couleurs, tous pris entre 1907 et 1931 par Albert Kahn lui-même et par des professionnels qu’il missionnait. Ce fond gigantesque constitue une collection qu’il nommera « Les Archives de la Planète ». Lors de ses nombreux voyages, le banquier passe de longues périodes au Japon où il se familiarise avec l’art paysager typique de l’archipel. Ruiné par la crise de 1929, il habitera jusqu’à sa mort en 1940 la maison du jardinier, à quelques pas de son ancienne demeure. Son ancien domaine, aujourd’hui devenu le jardin du musée, est parsemé d’arbres centenaires et de pavillons bâtis par des artisans japonais auxquels Albert Kahn avait passé commande. Placée le long de la bordure sud du jardin, l’extension du musée a dû répondre aux deux enjeux majeurs que sont l’intégration fine au site d’un programme aussi massif que 5 000 m2 d’espaces d’exposition et le maintien des conditions climatiques intérieures pour la conservation des autochromes. Les systèmes de ventilation et de maintien de l’hygrométrie habituels sont mis en place mais sont également complétés par un travail très précis sur l’enveloppe.
Kengo Kuma et son équipe parisienne conçoivent un plan empreint de la tradition japonaise avec une bande de circulation entre deux limites, celle de l’espace intérieur et ce qui, une fois dépassé, caractérise l’extérieur. C’est un espace tampon de déambulation, de distribution et de contemplation tout en étant abrité. Ce lieu particulier porte le nom engawa en architecture traditionnelle japonaise. La double peau est surtout présente en façade nord sur le jardin et dans la cour d’accueil au sud, une fois la faille d’entrée franchie. Le visiteur s’insère entre la peau de verre délimitant l’intérieur du bâtiment et une paroi de lames suspendues à la section losange.
Directement inspirés de l’art japonais du paravent de roseaux tressés (les sudare) ou misu, ces éléments sur mesure sont en grande majorité réalisés en bois Accoya, en raison de la rigidité de ce bois rendu anhydre par acétylation. Les portées entre deux tirants verticaux sont allongées et les simples câbles métalliques se font ainsi plus discrets. Le positionnement des lames, leur inclinaison et leur rythme ont fait l’objet d’un travail de calepinage minutieux pour effacer le bâtiment tout en limitant l’incursion des rayons du soleil dans les salles d’exposition. Certains occultants stratégiquement localisés sont en aluminium anodisé et provoquent un aveuglement fugace pour encore plus brouiller la présence du musée. La lumière n’est pas entièrement occultée, les lames laissent passer une lumière douce à l’intérieur dans une imitation du komorebi, cette lumière particulière filtrée par le couvert des arbres. Pour la façade la plus exposée au sud, les lames s’épaississent et deviennent des brise-soleil en aluminium brossé pour mieux protéger le précieux contenu du musée. Rigidifiés par un profil triangulaire alvéolé, les éléments fixes restent extrêmement fins, même dans leur section la plus épaisse avec une épaisseur maximale de 4 cm pour 50 cm de profondeur. L’angle de chaque lame est travaillé en fonction de l’inclinaison du soleil mais également pour donner un effet de drapé qui se soulève délicatement. Comme pour permettre aux choses précieuses qui se cachent dans la fraîcheur du musée de jeter un regard sur ce qui se trouve encore à l’extérieur du sudare.
[ Maître d’ouvrage : Département des Hauts-de-Seine – Maîtres d’œuvre : Kengo Kuma and Associates, architecte mandataire ; BET : AIA Ingénierie, LTA, Setec Bâtiment ; paysage : Michel Desvigne ; éclairage : Artec ; façade aluminium : Castel Alu (Groupe Fayat) – Entreprises : Ehrmann, Normen, Balas, Spie, Placouest ]
