La répartition moyenne des coûts sur le cycle de vie d’un bâtiment commercial ou institutionnel est de 5 % pour la conception, 20 % pour la construction et 75 % pour l’exploitation et la maintenance. Investir un peu plus dans la conception ou la construction peut donc se traduire par un rendement enviable de l’investissement. C’est pourquoi le Bureau de l’efficacité et de l’innovation énergétiques publie un guide sur la conception d’un bâtiment performant. Il a été produit en collaboration avec le Groupe de recherche interdisciplinaire en développement durable (GRIDD). Il s’adresse aux ingénieurs, aux architectes ainsi qu’aux gestionnaires en immobilier. Pour faciliter sa consultation, il est divisé en trois fascicules qui proposent des processus de conception optimisés pour trois modes de réalisation : traditionnel, conception intégrée et BIM. Ce texte présente un aperçu du contenu du fascicule 1.
Fascicule 1 : Notions de base et simulation énergétique
Ce premier fascicule présente une approche de conception optimisée pour le mode de réalisation traditionnel. Malgré le caractère séquentiel de ce mode de réalisation, la simulation énergétique de plusieurs scénarios à chaque étape de conception et une collaboration entre l’architecte et l’ingénieur sont préconisées.
À la phase de préconception, la recherche de réduction de la superficie, le choix du site ainsi que l’orientation du bâtiment doivent faire l’objet d’une analyse sérieuse, car c’est à cette étape que se trouvent les possibilités d’optimisation énergétiques les plus importantes. La phase suivante, l’esquisse, consiste à traduire le programme fonctionnel et technique élaboré à la phase précédente en termes de volumétrie et de configuration spatiale.
Pour la phase du dossier préliminaire, l’optimisation de l’enveloppe demande la collaboration de l’ingénieur et de l’architecte, car les choix de l’un ont un impact direct sur ceux de l’autre. La simulation énergétique permet d’évaluer divers scénarios d’enveloppe et de systèmes CVCA.
Questions critiques pour l'enveloppe :
- L'emplacement et le dimensionnement des ouvertures;
- Le type de vitrage et les cadres;
- La protection solaire;
- Le calcul, selon les règles de l’art, de la résistance thermique effective, qui est essentiel à la simulation énergétique.
Les principales mesures d’efficacité énergétique sur les systèmes CVCA :
- La récupération de chaleur est la première mesure à étudier, car elle élimine à la source le besoin de production d’énergie thermique. Les principales sources de chaleur à récupérer sont la récupération de la chaleur de l’air évacué, la récupération de la chaleur sur la climatisation et la récupération des rejets thermique d’un bâtiment voisin;
- Le refroidissement naturel (free cooling) peut réduire ou éliminer la nécessité de recourir au refroidissement mécanique pendant une partie de l’année. Il n’est toutefois pas aussi gratuit qu’il ne le semble, car il augmente les coûts d’humidification de façon importante;
- La gestion de l’apport d’air extérieur, soit en fonction de l’occupation ou en utilisant des sondes de CO2, permet une diminution des charges de chauffage, d’humidification et de ventilation associées à l’apport d’air extérieur.
Pour la phase du dossier définitif, la synergie entre l’architecte et l’ingénieur sur les décisions d’optimisation de l’enveloppe et des systèmes CVCA permet de faire des choix finaux qui maximisent le ratio performance/coûts. Pendant la phase de construction, le travail des professionnels consiste à mettre le processus qualité en place pour obtenir la performance recherchée.
À la phase de mise en service, on doit s’assurer que tous les systèmes sont opérationnels et convenablement calibrés et satisfont aux critères de conception. De plus, l’équipe de gestion et d’entretien doit recevoir la formation adéquate et disposer de l’information nécessaire pour exploiter et maintenir les systèmes à un niveau de performance conforme aux exigences. Finalement, la phase d’exploitation est l’occasion de s’assurer que les cibles sont atteintes, de corriger les éléments de non-conformité et de fournir une rétroaction aux professionnels et au constructeur dans une perspective d’amélioration continue.
Impact de décision en début de conception sur la performance d’un bâtiment
Les impacts sur la performance d’un bâtiment sont beaucoup plus importants dans les premières étapes du processus de conception. Plus le processus de conception avance, moins les décisions influencent la performance du bâtiment et plus elles sont coûteuses à mettre en place. Dans une approche traditionnelle, le gros de l’effort de conception est réalisé lors de l’élaboration du dossier définitif. Il faut donc chercher à amener les efforts d’optimisation en amont pour en maximiser les bénéfices. D’où l’intérêt croissant pour la conception intégrée, concept qui est détaillé dans le fascicule 2.
Le Bureau de l’efficacité et de l’innovation énergétiques publie un guide sur la conception d’un bâtiment performant. Il a été produit en collaboration avec le Groupe de recherche interdisciplinaire en développement durable (GRIDD). Il s’adresse aux ingénieurs, aux architectes ainsi qu’aux gestionnaires en immobilier. Pour faciliter sa consultation, il est divisé en trois fascicules qui proposent des processus de conception optimisés pour trois modes de réalisation : traditionnel, conception intégrée et BIM. Ce texte présente un aperçu du contenu du fascicule 2.
Fascicule 2 : L’optimisation énergétique en conception intégrée
Ce fascicule présente sommairement la conception intégrée (CI) et ses avantages et propose une approche de conception optimisée pour ce mode de réalisation. Un chapitre de ce fascicule est consacré à la mise en service améliorée.
Dans un mode traditionnel, l’information pour la prise de décision (qualité, coût, échéancier, respect des exigences du client) n’est complète que lorsque le processus de conception est déjà avancé. Pourtant, la capacité de faire des changements, beaucoup plus grande au début d’un projet, diminue à mesure que le temps passe tandis que le coût des changements augmente de façon exponentielle. Les décisions en amont se prennent sur la base d’hypothèses qui s’avèrent fréquemment erronées, ce qui nécessite une série de mesures correctives qui auront des répercussions tout au long de la conception et de la construction.
Processus traditionnel et processus collaboratifEn conception intégrée, l’ensemble de l’équipe est mobilisé dès le début du projet, et ce, jusqu’à la mise en service. Le mode de fonctionnement de l’équipe est fondamentalement différent. La démarche est globale et le projet, défini par itérations successives. Le partage d’information, l’apport des idées de chacun, la réflexion et l’analyse, appuyées par la simulation énergétique, favorisent les solutions optimisées, souvent moins coûteuses. Autrement dit, on passe d’un mode de conception isolé à un mode collectif.
Le noyau de professionnels demeure sensiblement le même que dans un projet traditionnel. Par contre, le niveau d’engagement du client est beaucoup plus important. Certains scénarios peuvent proposer de modifier des paramètres qui ont un effet sur l’organisation spatiale ou le confort (par exemple une variation plus importante des températures ambiantes). Un représentant dont la délégation de pouvoir est suffisante pour prendre des décisions, ou pour inviter des acteurs clés dans certaines charrettes afin d’obtenir leurs réactions, leurs suggestions ou leur aval à certaines propositions, est une des conditions pour assurer le succès du processus.
Le modeleur pour les simulations énergétiques et l’économiste en construction pour l’estimation des coûts aident l’équipe de CI à faire les meilleurs choix parmi les diverses options proposées. La présence d’un agent de mise en service (MES) est aussi fortement suggérée pour accompagner le client dans sa démarche d’optimisation énergétique pendant tout le projet jusqu’à l’exploitation.
Plusieurs études ont démontré les aléas de la simulation énergétique, qui présente des écarts importants entre ce qui était prévu et la réalité. Un facteur majeur de ces écarts est une mise en service déficiente. La mise en service est devenue une spécialité et le corpus de connaissances attaché à ce domaine corrige de nombreux manques dans les pratiques de réalisation de bâtiments. Les lignes directrices du Guideline 0-2013 élaborées par ASHRAE sur le processus de mise en service proposent un cadre normalisé pour la définition des exigences et la vérification de l’atteinte des objectifs de performance. C’est une approche rigoureuse d’assurance et de contrôle de la qualité qui s’étend sur l’ensemble du cycle de vie du projet, de sa conception à son exploitation.
Le processus décrit dans le guide est très exigeant et demande un effort considérable lors d’un premier projet. Cependant, l’implantation d’une telle démarche peut représenter des économies substantielles et un rendement rapide de l’investissement. Le partage d’information est un élément clé de la réussite en CI. Le fascicule 3 présente un outil unique à cet effet, la modélisation des données du bâtiment, mieux connue sous l’abréviation anglaise de BIM.
Le Bureau de l’efficacité et de l’innovation énergétiques publie un guide sur la conception d’un bâtiment performant. Il a été produit en collaboration avec le Groupe de recherche interdisciplinaire en développement durable (GRIDD). Il s’adresse aux ingénieurs, aux architectes ainsi qu’aux gestionnaires en immobilier. Pour faciliter sa consultation, il est divisé en trois fascicules qui proposent des processus de conception optimisés pour trois modes de réalisation : traditionnel, conception intégrée et BIM. Ce texte présente un aperçu du contenu du fascicule 3.
Fascicule 3 : L’optimisation énergétique avec la modélisation des données du bâtiment (BIM)
Ce fascicule introduit un nouveau concept d’optimisation continue à l’aide de la modélisation des données du bâtiment, mieux connue sous l’abréviation anglaise de BIM. Cette dernière est une véritable révolution en ce qu’elle permet de coupler les logiciels de conception aux logiciels d’analyse pour visualiser et comparer les options. L’approche présentée, appelée BIM collaboratif, intègre l’outil BIM à la conception intégrée. Deux études de cas sont analysées et deux méthodes d’optimisation énergétique sont proposées, soit l’utilisation de BIM pour l’extraction de données et la simulation dans le plan de gestion BIM.
BIM est à la fois un processus et un outil de modélisation qui permet de produire une représentation tridimensionnelle du bâtiment à l’aide d’objets intelligents et paramétrés, une véritable révolution dans la conception du bâtiment et dans la gestion de son cycle de vie. BIM ouvre la voie à l’optimisation continue du bâtiment, de sa planification à son exploitation.C’est une plateforme de gestion intégrée de production et d’échanges d’informations entre les acteurs d’un projet. Dans un mode traditionnel, chacun des acteurs utilise une série de logiciels différents selon sa spécialité. Comme ces logiciels ne communiquent pas entre eux, les problèmes d’interopérabilité donnent lieu à de nombreuses opérations manuelles d’extraction et d’entrée de données. Le but de BIM est de résoudre ce problème, soit en centralisant les données, soit en créant des passerelles entre les logiciels pour qu’ils soient interopérables.
Les technologies BIM disponibles sur le marché ne correspondent pas encore à ce qui est décrit dans la figure présentée. Ces technologies ne sont pas rattachées à une base d’information centrale, c’est plutôt le concept d’interopérabilité entre les différents logiciels spécialisés qui s’applique. Le principe utilisé par les éditeurs de logiciels est d’adopter un protocole commun, l’Industry Foundation Class (IFC), un format de fichier standardisé qui permet d’échanger de l’information entre les logiciels. La maquette numérique de l’architecte n’est pas conçue pour être utilisée pour la simulation énergétique. L’adaptation des plans d’architecture selon les standards de la mécanique est une étape importante dans le processus. Pour être compatibles avec les logiciels de simulation, ils doivent généralement faire l’objet d’une simplification et d’une mise à niveau.
Le mode de réalisation traditionnel, qui consiste à définir le résultat et à chercher à l’obtenir au plus bas coût possible, s’avère l’approche la moins économique, tout en donnant un produit sous-optimal en matière de qualité et de performance. Dans les approches intégrées, on inverse le processus pour rechercher une optimisation continue dans la conception et la construction. Les contrats relationnels, mieux adaptés à ces modes de réalisation, sont encore peu répandus au Canada. Entre-temps, on suggère de joindre aux contrats traditionnels un addenda qui porte sur le volet BIM. L’Institut pour la modélisation des données du bâtiment du Canada (IBC) publie une version française de cet addenda.
BIM ouvre de nouveaux horizons en matière d’optimisation énergétique, cependant les outils ne permettent pas encore d’en tirer tous les avantages. Il offre aussi des perspectives prometteuses en matière de mise en service et d’exploitation.
SOURCE
Boyd C. Paulson, Jr., M.ASCE. Designing to reduce construction costs. 1976. Journal of the construction division: 587-592.