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Poitiers, un lycée protocolaire : zéro énergie fossile

Un peu d'histoire

L'idée remonte à 1998. A l'époque, Jean-Pierre Raffarin, président de la région Poitou-Charente, acte le projet d'un lycée, pôle des saveurs intitulé "de la terre à l'assiette ". Le programme pédagogique dépend alors de deux ministères et, face à la difficulté d'élaborer un projet commun, le premier concours est déclaré sans suite.

A la veille des élections régionales, SCAU (Société de Conception Architecturale et Urbaine), célèbre agence parisienne d'architecture, est désignée lauréate du second concours. Les discussions furent âpres car deux des quatre participants se démarquaient et chacun proposait une solution diamétralement opposée. Le premier privilégiait la compacité facteur de HQE (Haute Qualité Environnementale) quand le second souhaitait valoriser la dispersion pour plus de flexibilité. C'est ce dernier choix qui a été privilégié.

La victoire de Ségolène Royale oblige cependant à une remise à plat du projet. L'héritage politique n'est pas assumé et la nouvelle présidente exige de retravailler le dessein à partir de nouveaux objectifs, notamment environnementaux. La commande politique est alors simple : aller au delà de la HQE.

Il devint donc nécessaire d'adapter le projet lauréat à ce nouveau challenge sans en modifier le parti architectural et technique de façon à éviter tout contentieux juridiques de la part des autres candidats. SCAU a mené en conséquence une intense réflexion pour donner naissance à un projet "zéro énergie fossile" aujourd'hui construit.

Zéro énergie fossile, comment ?

La conception du lycée est ainsi déterminée par un objectif né d'une volonté politique de se réapproprier un projet. Pour répondre à l'ambition fixée, SCAU, en réunissant une équipe de spécialistes en économie d'énergie et en haute qualité environnementale, s'est appliquée à l'étude des matériaux et à leur mise en oeuvre. Une attention particulière a également été portée aux usages et aux comportements qui y sont liés.

L'équipe a ainsi cherché à optimiser les critères de pérennité des ouvrages, la réduction des coûts de maintenance, l'adéquation avec les normes et réglementations en vigueur, l'économie du projet en cohérence avec le savoir faire des entreprises locales. Elle a aussi réalisé un écobilan pour estimer, notamment, l'énergie dépensée à la fabrication et à l'acheminement sur le chantier.

Pour atteindre un objectif d'économie maximale, il fallait donc, dans un premier temps, maîtriser les consommations liées aux besoins de chaud et de froid. Le principe de base a été de créer pour les façades une enveloppe très performante, "le manteau", permettant, comme une seconde peau, un traitement aisé des ponts thermiques par l'extérieur.

Les matériaux

Dès lors s'est imposé le choix du béton en structure. Le phénomène de stockage des calories en hiver et des frigories en été dans les murs des maisons traditionnelles est connu. Dans le cadre du lycée, l'inertie thermique a été le critère déterminant pour l'adoption du béton armé pour la structure à l'intérieur de l'enveloppe isolée. Contre toutes idées reçues, ce choix peut parfois avoir un écobilan plus positif car il est généralement produit à des distances raisonnables du chantier.

© DR

Les façades sont quant à elles constituées en grande partie de panneaux (non structurels) à ossature bois avec une combinaison de panneaux de fibre de bois et laine de verre de 25 cm d'épaisseur (le chanvre n'a pas pu être retenu pour raison budgétaire au moment de l'appel d'offre). Les revêtements, bardage à claire voie à lames horizontales, ont été traités en mélèze, essence naturellement durable, évitant toute opération de traitement et d'entretien. Pour les parties enduites, un produit isolant à base de polystyrène expansé de 20 cm d'épaisseur a été mis en oeuvre.

L'usage du métal pour les menuiseries a été réduit au maximum, mais s'est avéré nécessaire dans certains cas pour des raisons d'avis techniques, de classement au feu ou d'intensité d'usage. Au moment de la conception de ce projet, certaines techniques et produits dits "naturels", variantes possibles, souvent adoptés pour de petits projets privés, n'ont pu être choisis compte tenu du budget, des performances attendues, de l'envergure de l'opération ou faute d'avis technique, de classement au feu ou de certification type ACERMI.

Utilisation des ressources naturelles et production d'énergie

Au delà, l'automatisation et la gestion des équipements ont été interrogées. Les stores de protection solaire, motorisés, sont pilotés suivant la course du soleil. L'éclairage naturel reste la principale source de lumière. La lumière artificielle est commandée par des détecteurs de présences et des sondes de lumière naturelle. Ces dispositifs permettent de réduire grandement les consommations, mais les usagers peuvent à tout moment prendre la main.

Dans un dessein d'utiliser au maximum les ressources naturelles, l'air est privilégié face à la climatisation. En périodes chaudes, la ventilation mécanique des locaux est arrêtée pour passer en ventilation naturelle. Des ouvrants de ventilation spécifiques assurent le confort d'été et le renouvellement de l'air hygiénique des locaux.

Au centre du bâtiment externat, l'atrium est couvert d'une verrière simple vitrage et agit comme un véritable tampon thermique. Il permet de réguler les flux de calories entre l'intérieur et l'extérieur. L'été, des vantelles en façade laissent pénétrer l'air qui se réchauffe au contact des surfaces ensoleillées et s'élève créant un bouchon d'air chaud entre la verrière et les velums assurant sa protection solaire. L'air est alors évacué grâce à des ouvrants reliés à une sonde, créant un appel d'air qui génère ainsi une ventilation naturelle. L'hiver, le volume d'air stocké dans l'atrium limite le différentiel de température entre l'intérieur et l'extérieur de 5 à 10° C.

En hiver le renouvellement d'air est assuré par une ventilation mécanique double flux à haut rendement qui récupère les calories produites par les occupants et le chauffage. Les équipements des cuisines de formation, notamment les hottes, ont également été choisis pour leur capacité à récupérer l'énergie dégagée par les cuissons. Par ailleurs, une unité d'incinération d'ordures ménagères alimente un réseau de chaleur pour le quartier.

Cette chaleur est également produite en pure perte en été sans avoir recours à des énergies fossiles. Le principe est de récupérer cette chaleur, de la stocker et de la restituer en hiver pour les circuits de chauffage et d'eau chaude sanitaire par un système de stockage inter saisonnier : une cuve en acier protégée par un isolant d'une épaisseur d'1 mètre qui contient 1000 m3 d'eau à 90° C. En complément deux unités de micro cogénération à huile végétale (25 kW électrique et 44kW chaleur) rechargent en température la cuve, notamment pour la fin de saison de chauffe, et alimentent le réseau d'eau chaude sanitaire en produisant de l'électricité. Enfin 800 m² de capteurs photovoltaïques assurent le complément d'électricité nécessaire pour atteindre l'objectif zéro énergie fossile.

La valeur d'usage

En conclusion, la réduction des besoins grâce à l'architecture et son usage par les utilisateurs a ainsi été le premier axe de recherche, pour approcher au plus près de l'objectif. Mais dans les réalisations "environnementales" à basse énergie, le plus pérenne et le plus durable restera l'efficacité de sa configuration architecturale, la qualité de ses ambiances et son adéquation à l'usage.

Les techniques vont évoluer, devenir obsolètes et finalement seront remplacées. Le projet du lycée Kyoto de Poitiers ne fait donc pas l'apologie de la "technologie de pointe". Le travail énergétique s'est basé d'abord sur une recherche de réduction des besoins de manière passive par la configuration architecturale. Un des objectifs a été notamment de minimiser le recours au photovoltaïque et de ne pas l'utiliser comme image du projet. Le photovoltaïque en vitrine des bâtiments sera probablement très vite daté.

L'attention à l'usage et à ses temporalités est un élément incontournable de cette recherche d'économie d'énergie et en parfaite synergie avec la recherche architecturale. Un bâtiment ne peut seul atteindre un objectif énergétique. Les comportements sont un facteur primordial de l'efficacité énergétique. Une information et une implication des usagers dans les choix architecturaux et techniques du projet ont permis une sensibilisation au fonctionnement du bâtiment.

La conception du projet a été placée dans une logique d'atteinte d'objectifs et non de réponse à des labels, normes ou certifications. La logique des réglementations a malheureusement en France la fâcheuse tendance à imposer non pas des objectifs mais les moyens d'y parvenir. Cette remarque s'applique également aux réglementations sur le handicap. Le risque est grand de voir l'architecte devenir de plus en plus un spécialiste de la norme et de moins un moins un homme de la vision globale.

Jean-Philippe Hugron

Fiche technique

Bilan énergétique

Les consommations de chauffage et eau chaude sanitaire sont réduites à 35 kWh/m² par an.

Les consommations électriques sont réduites à 27 kWh/m² par an.

Bilan = consommation - énergie renouvelable

Les consommations sont donc compensées par la production d'énergies renouvelables.

Pour arriver aux bilans suivants :

Bilan électrique : 2 kWh/m²/an
Bilan chauffage : 7 kWh/m²/an

Lieu : Quartier Saint Eloi, Poitiers

Maître d'ouvrage : Région Poitou-Charentes

Assistance à la maîtrise : d'ouvrage SEP Société d'Equipement du Poitou

Maîtrise d'oeuvre : Architecte SCAU

Paysagiste : Anouk DEBARRE

Bureaux d'études : TECHNIP TPS

HQE : CEDRE

Surface : 18.000 m² SHON / 3,5 ha

Coût travaux fin de chantier : 32 millions € HT de travaux

Calendrier

Concours : 12/2003

Chantier : 11/2007- 09/2009

Livraison : 09/2009

Programme : regroupement de deux établissements autour des métiers de la restauration (capacité d'environ 500 élèves et apprentis), internat (54 chambres à 3 lits) et 7 logements de fonction