Suivi des performances du Pôle Scolaire… et alors ?!

Après 2 années de monitoring (températures et consommations), Nobatek a publié il y a quelques mois le rapport de suivi des performances en phase exploitation du Pôle Scolaire et Médical du Hameau-Bellevue. Ce rapport a été transmis aux commanditaires (ADEME et Région Aquitaine) puis aux architectes (Luc Claverie et Florence Champiot) et moi-même quelques semaines plus tard. Sans autorisation officielle de le publier pour l’instant, je ne me permets donc pas de le porter à votre connaissance ici.

En revanche, je vais m’atteler à vous décrire les phénomènes les plus marquants, ce genre de monitoring doit permettre d’enrichir le savoir de tous, n’est-ce pas ? yes myopera smiley

Je ne vais pas vous mentir, si nous avons été ravis de constater des comportements parfois meilleurs que ceux que nous attendions, d’autres points nous ont interpellés et même, quant à moi, quelque peu piqué au vif.

TEMPÉRATURES OPTIMALES EN PÉRIODE CHAUDE :

Commençons par le constat le plus positif : « le bâtiment présente un taux de confort très important, optimal pendant la période chaude et très acceptable pendant la période mi- saison ». En voilà une bonne nouvelle ! Alors que je ne cesse de vous signaler des surchauffes dans les bâtiments BBC, le « nôtre » relève la gageure en ne dépassant quasiment jamais les 26 °C malgré quelques 35 °C en extérieur.

Tout RGE que je ne suis pas, je vais m’aventurer à une comparaison que vous ne verrez sans doute nulle part ailleurs doh myopera smiley : les valeurs mesurées face aux valeurs prévues par les simulations (une seule zone, hein, c’est déjà pas mal) ! Oh !

Mais, tout d’abord, permettez-moi un avertissement : il est très difficile de comparer les calculs et les mesures parce qu’il faudrait tout d’abord vérifier que tous les intrants coïncident, en particulier l’occupation et le climat. Je n’ai ni le temps ni l’argent pour faire cela, alors je prends le pari qu’il n’y a pas de divergence majeure ni sur le bâtiment (groumpf, pourvu que je sois sur la bonne variante) ni sur l’occupation. Reste la météo. Mon dieu, je n’ai pas non plus le temps de ramener à la même météo ! Je vais donc utiliser le diagramme de Brager qui, parce qu’il représente la température intérieure en fonction de l’extérieure, est un tant soit peu indépendant de la météo. C’est une signature qu’on peut imaginer presque…rolleyes myopera smiley … universelle. Allons-y donc…


Brager nef STD vs monitoringSalle d’activités, Diagramme de Brager – Mesures face à simulation STD W1.

Ce qui apparaît en tout premier lieu, c’est que le gros des deux pelotons se retrouve au même endroit, dans une zone rectangulaire où la température extérieure est entre 12 et 30 °C et la température intérieure entre 19 et 26 °C. C’est bon signe, les noyaux concordent.

Si on regarde du côté de la période la plus chaude de l’année, la simulation annonçait un comportement frais, avec des maxima dépassant à peine les 26 °C. Dans la réalité, dans cette zone, cette température intérieure n’a jamais été atteinte malgré des pics de température en extérieur proche du modèle numérique alors même qu’aucun système actif (= consommant de l’énergie) n’a été activé !

Maintenant, quand on regarde du côté de l’hiver, on perd toute cohérence : on constate des sous-chauffes à la mi-saison et d’importantes surchauffes même au plus froid de l’année. On note également qu’alors que la simulation annonce une température très monotone (consigne de 19 °C), les températures mesurées s’étalent sur une large gamme.

Mais que se passe-t-il donc ? Et bien, suspense, nous y reviendrons un peu plus tard !

CONSOMMATIONS DE CHAUFFAGE :

Le rapport signale des « résultats peu satisfaisants pour le chauffage » avec une consommation correspondant au double des calculs [réglementaires] théoriques. Il précise, plus loin, que des méthodes calculatoires différentes telles que la Simulation Thermique Dynamique permettent de se rapprocher plus précisément du comportement réel du bâtiment.

Et bien figurez-vous que j’ai mené de telles études en régime dynamique (vous le saviez déjà ?) ! happy myopera smiley Elles démontraient un besoin de chauffage déjà 73 % plus élevé, dans le meilleur des cas, que ce que la RT2005 évaluait. Rien d’étonnant donc à ce que le suivi mis en place constate une telle surconsommation, alors même qu’il relève une consigne de chauffage entre 22 et 24 °C contre 19 °C dans le scénario conventionnel (comme la modélisation dite STD W1).

Je viens de m’apercevoir que je signalais déjà cela dans un commentaire, il y a 2 ans et demi  ! Bien avant la sortie de ce rapport donc 😉

Tiens, au passage, vous aurez aussi noté que les consignes effectives nous renseignent, en partie, sur les surchauffes hivernales présentées plus tôt ! Entre le seuil rouge à 22 °C et 25 °C, il ne s’agit pas d’une défaillance du bâti ou des systèmes mais bien d’un choix des occupants et de la maîtrise d’ouvrage. Nous verrons un peu plus loin ce que trahissent les températures flirtant avec les 26 °C par moins de 12 °C en extérieur. wait myopera smiley

Mais revenons-en à nos consommations de chauffage aux résultats jugés, bien vite, peu satisfaisants. Vous comprenez maintenant qu’il ne s’agit pas d’une contre-performance mais d’une inadaptation manifeste de l’outil réglementaire qui ne devrait pas bénéficier de trop de considérations quant à modéliser le réel et optimiser les projets. Imaginez combien il aurait été douteux d’avoir optimisé la conception de ce bâtiment à partir de scénarios conventionnels à mille lieux de la réalité prévisible !

Cela trahit bien la nécessité de ne pas faire simplement confiance à un calcul normé conventionnel, fut-il même réalisé par un bureau d’études reconnu garant de l’environnement. Mais cela en dit aussi beaucoup sur les représentations et les normes de confort et interroge sur ce que pourraient être les garanties de résultat demain.

TEMPÉRATURES TROP FAIBLES EN HIVER :

Quoique notre mission eut atteint son terme depuis longtemps, nous sommes intervenus en début d’année 2015 pour assister le Maître d’Ouvrage qui nous a remonté des problèmes d’inconfort dus à des températures trop faibles (par rapport à leur souhait de 22 °C). Le monitoring confirme des températures inférieures en hiver, en particulier dans certaines salles, comme on le voit sur le diagramme plus haut.

Comme cela avait déjà été fait lors de la livraison, nous avons rappelé au maître d’ouvrage comme à l’entreprise de maintenance les spécificités du bâtiment, mentionnées, par ailleurs, dans le « plan-guide de sensibilisation au confort », remis et commenté à la réception du bâtiment. Le bâtiment jouit, en particulier, d’une inertie dite « très lourde » (>  5 m²/m²SU, limite supérieure tolérée par le moteur de la RT2012 !) dont les effets bénéfiques sont visibles en été (déphasage conséquent nettement décelable dans l’image ci-dessous). Cette bonne performance en période chaude est clairement confirmée par les utilisateurs comme par le monitoring (température maximale en occupation ne dépassant pas les 26 °C sans climatisation ni freecooling).

evolution_temperatures_semaine_la_plus_chaudeÉvolution des températures au cours de la semaine la plus chaude.

Cette caractéristique donne au bâtiment un comportement que nous qualifions d’indolence thermique : en été comme en hiver, les températures tendent naturellement à être peu variables. Il est, de ce fait, assez vain de tenter de programmer des consignes de températures de chauffage très différentes. Nous avons donc suggéré une programmation plus conforme aux capacités du lieu en limitant la réduction de consigne à 3/4 °C (au lieu de 6 °C), en conseillant d’abaisser la consigne à 21 °C max. et en anticipant les relances.

L’effet a été probant puisque une amélioration du confort a été rapidement constatée grâce à ces réglages correspondant aux caractéristiques du bâtiment, même avec des températures extérieures négatives… et la chaudière éteinte le week-end right myopera smiley. Aucune intervention sur les systèmes n’a été nécessaire : la chaudière fonctionne, le plancher chauffant fonctionne, les sondes fonctionnent, les ventilo-convecteurs fonctionnent, la ventilation fonctionne.

temperatures + CO2 4 salles février 2015 copyDe haut en bas, profil des températures intérieures de 2 salles de classe voisines, taux de CO2 concomitants et températures extérieures durant la froide semaine de février 2015.

TEMPÉRATURES TROP ÉLEVÉES EN HIVER :

Le diagramme de Brager, plus haut, laisse apparaître de nettes surchauffes hivernales, au-delà de 25 °C, dans la salle d’activités, quoique peu fréquentes (3,82 % du temps d’occupation annuel). En réalité, on constate même des températures plus hautes en hiver qu’en été par près de 35 °C extérieurs ! Si on peut se féliciter de l’excellent comportement en période caniculaire, il y a lieu de s’interroger sur les surchauffes hivernales.

La cause en est assez simple : la salle d’activités est chauffée par un plancher chauffant fonctionnant sur la base d’une loi d’eau. Les habitudes des installateurs ont fait que le réglage initial, adapté à des bâtiments bien plus énergivore que le Pôle Scolaire et Médical, a entraîné des surchauffes. Les réglages ont été modifiés et le maître d’ouvrage indique un bon ressenti actuellement.

Rappelons, à nouveau, pour les inattentifs, qu’alors que les diagrammes de Brager présentés dans le rapport supposent une surchauffe en hiver dès 22 °C, cette température a longtemps été la consigne minimale de chauffage du pôle scolaire. Des représentations sociales du confort et de l’implication fatale des occupants : « Ce ne sont pas les bâtiments ou les techniques qui consomment, ni même les humains » (B. Latour), mais bien le ménage que constitue l’interaction de ces deux-là.

HUMIDITÉ RELATIVE TROP ÉLEVÉE :

Nous ne disposons pas des données brutes pour pouvoir procéder à notre propre analyse mais quelques remarques restent possible à partir des rendus du bureau d’étude mandaté pour le suivi.

Nous n’évoquerons pas ici le cas de l’Unité A (hébergement), également monitorée, qui a souffert d’avaries qui rendent toute tentative d’analyse inutile, selon nous.

Dans tous les cas, il nous semble qu’une mise en contexte s’impose : le climat du site est humide, l’humidité relative extérieure moyenne est au-dessus de la limite de confort supérieure suggérée (70%) durant 94 % du temps d’étude. Constater que nous sommes dans la zone de confort, soit entre 40 et 70 % d’HR, durant 80 % du temps total comme d’occupation est donc, nous semble-t-il, une bonne performance.

meteo_salies_HR2Humidité relative de l’air mesurée à la station météo proche de Pouillon de sept. 2013 à sept. 2014. En arrière-plan, humidité relative des ambiances intérieures de deux salles de classes (figure 35 du rapport de suivi de Nobatek).

Plus qu’une simple exposition des taux d’humidité relative, il nous semblerait plus représentatif de présenter les situations d’inconfort durant lesquelles il y a bien une pression de vapeur nettement supérieure à l’intérieur par rapport à l’extérieur. Dans ce cas, il y aurait bien une signature d’une déficience de la ventilation. Actuellement, les valeurs présentées rendent plutôt compte de l’humidité de la région, en particulier en fin d’été.

Une simple vérification des profils de CO2 (cf. plus haut) démontre, d’ailleurs, le bon fonctionnement du renouvellement d’air puisqu’on constate en occupation des taux excellents, toujours inférieurs à 1 000 ppm (valeur seuil correspondant à un bon compromis entre qualité de l’air et consommations), même durant les périodes de grand froid où le confinement est maximal (personne n’ouvre les fenêtres ! pssst myopera smiley). En période d’inoccupation, quoique la programmation diminue fortement la ventilation mécanique, le taux de CO2 rejoint celui de l’air extérieur avant le retour des élèves, ce qui valide bien la tactique de ventilation adoptée dès la conception.

On ne peut donc pas conclure, comme nous l’avons lu, à une mauvaise régulation de la ventilation, à un dysfonctionnement de la VMC ou même à un sous-dimensionnement des éléments, tout juste peut-on effectivement se poser la question de la mise en place d’un déshumidificateur d’air actif. Cependant, pour notre part, équiper l’ensemble des salles de classe de l’Arc Atlantique de tels dispositifs nous semble hors de proportion et inadapté.

BON, ET ALORS ?

Puisqu’on a commencé dans la sincérité, terminons avec cette même attitude.

Lors de la livraison, j’étais un peu chagriné qu’aucune mission de commissionnement (contrôle du bon fonctionnement et surtout du maintien des performances) ne nous ait été confiée. À cause des honoraires associés bien sûr smile myopera smiley, mais également parce que j’avais le sentiment que, sans nous, il était très facile de faire dysfonctionner le bâtiment. Pas que ce fût un bâtiment complexe, oh non !, mais un ouvrage avec son caractère propre, oui. Les gens sourient souvent quand je parle de biodiversité des bâtiments. Pourtant, c’est une réalité, il est possible de concevoir des bâtiments avec des caractéristiques et des comportements très différents, comme affublés d’une personnalité.

Le Pôle Scolaire & Médical est un mastodonte, calme et indolent, mais qui n’apprécie guère les brusqueries. En réalité, ce n’est pas qu’ils ne les apprécient pas, c’est qu’il n’y réagit pas, en bon pachyderme qu’il est. Ainsi, les réglages initiaux inadaptés (contraires à nos suggestions) ont conduit à un inconfort d’hiver — soit trop chaud, soit trop froid — parce que les occupants se sont montrés trop hâtés. Il a suffit de prendre en compte les caractéristiques mis en place dès la conception pour retrouver un confort irréprochable durant la saison froide.

En période chaude, aucun inconfort n’est blâmable. Le bâtiment reste frais même par temps caniculaire et ce, sans climatiser ni même surventiler comme nous l’avions imaginé en phase d’études. Les occupants se sont contentés de fermer quelques volets sans jamais recourir à la technique, et cela a été largement suffisant. L’éléphant avance au milieu des tigres… monkey myopera smiley

Finalement — quoique les occupants aient dû en souffrir — ces deux années de tâtonnements et d’erreurs, sans notre assistance, ont été riches d’enseignements. Il m’est maintenant plus que clair qu’il ne suffit pas de faire des bâtiments performants, il faut absolument parvenir à passer la connaissance des concepteurs vers les usagers. Et ce n’est pas une mince affaire. Nombre de communications avaient été menées avant, pendant et après la livraison. Pourtant, ce qui a été le plus efficace, ce sont les rencontres que nous avons organisés pour résoudre les soucis, des années après la livraison. L’expérience ne s’apprend pas, elle s’acquiert. Et je ne parle pas que de la mienne…

Ce retour d’expérience valide aussi notre choix low-tech. Que ce serait-il passé si nous avions multiplié les systèmes et les régulations ? Aurions-nous eu jamais un bon fonctionnement ?

Enfin, que penser de garanties de résultats quand on voit combien l’occupant peut modifier le bon fonctionnement d’un projet ? Qui pour analyser, de façon approfondie sans survoler, les performances et juger du plein emploi ou non du potentiel d’un ouvrage ?

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RT2012 tricks : quand changer les hypothèses de calcul améliore la performance

voeux 2012 extrait

Je n’ai cessé et ne cesse de le dire à ceux qui m’interrogent : ce qui est RévoluTionnaire dans la RT2012 ce n’est pas tant les exigences affichées que le vœux pieux de généraliser la basse-consommation jusqu’alors seulement atteinte par les pionniers du BBC.

Les expériences BBC l’ont montré, on peut réaliser des bâtiments performants sur papier qui le reste à l’exploitation. Parfois, on rencontre des désordres, c’est vrai…

Jeter l’opprobre sur les concepteurs ou les entreprises à ce propos serait bien présomptueux. D’abord parce que le BBC était une voie pionnière courageuse dans un pays sans grande expérience. Ensuite, parce qu’il n’y a pas eu plus de désordre en BBC que dans la construction RT2005 traditionnelle ! Ce n’est pas moi qui le dit mais l’Agence Qualité Construction !

Rien d’anormal donc. En revanche, ce qui m’inquiète, c’est la divergence que je crains de voir se creuser entre la performance calculée et celle constatée.

Je vous signalais déjà en 2011 deux phénomènes marquants :

  • tout d’abord, il était plus difficile de faire du BBC que du RT2012. Grâce à des modulations à l’envi, la RT2012 a même inventé le bâtiment basse consommation à 600 kWh/m²/an (grâce à la climatisation) !
  • mais on constatait aussi la bienveillance et l’optimisme des calculs (RT2005) qui sous-évaluaient d’un facteur 2 les besoins de chauffage.

Comprenons-nous bien : la réglementation thermique évalue mal la consommation réelle d’une part et permet, d’autre part, de faire des bâtiments basse consommation qui consomment théoriquement bien plus que le téméraire BBC.

Pourtant, aujourd’hui, plus que la performance énergétique, c’est l’optimisation par les calculs réglementaires qui se démocratise. Mon article vieux de 3 ans a fait montre de capacités prédictives, à mon grand regret !

On ne cherche plus à bien faire, on cherche à répondre à un objectif réglementaire que l’on juge, au mieux, pertinent et efficace, ignorant les déconvenues auxquelles on s’expose. Imaginez donc, en BBC, un bâtiment sur cinq souffre (étude REX de l’AQC encore) de surchauffes, notamment à mi-saison. Que va-t-il en être en faisant confiance au seul indicateur de température maximale (Tic) de la RT2012 ?

Guère plus flatteur, la RT2012 a profité de son arrivée pour modifier les hypothèses de calcul et devenir encore plus optimiste que la RT2005. Il n’y a pas de raison de ne pas vous informer de ces modifications qui ne peuvent qu’amplifier la divergence crainte depuis 3 ans (au pire, cela me sert de mémo happy myopera smiley).

    • le climat s’est réchauffé en hiver, refroidit aux périodes les plus chaudes de l’été (au moins pour Agen, cf. ci-dessous),
      meteo RT2012 vs RT2005Dans le graphique ci-dessus, vous noterez que le climat s’est globalement réchauffé en été (+0,26 °C pour chaque heure) comme en hiver (+0,18 °C). Mais le réchauffement est surtout concentré en début et fin de saison de chauffe ainsi qu’en début d’été et fin août. La fin de l’été est elle bien plus fraîche. Le mois de décembre est aussi un petit peu plus froid mais c’est là que la méthode a supposé que le bâtiment n’était plus autant chauffé (cf. § suivant).
    • les Français partent plus en vacances (une semaine de ski pour tous hop !) et chauffent donc moins,

      Th-BCE (RT2012)
      « Cette méthode de calcul prévoit par exemple pour les maisons individuelles ou accolées et les logements collectifs une absence des occupants pendant deux semaines au mois d’août et une semaine au mois de décembre [consigne de chauffage = 7°C au lieu de 19 ou 16 °C]. »
      Th-CE (RT2005)
      « Les vacances sont prises en compte uniquement pour les zones d’enseignement ainsi que pour les zones d’hébergement et de restauration qui leur sont associées. »

    • les Français ont ralenti leur métabolisme (moins d’apports internes surtout en région chaude),
      puissance dissipée hebdomadaire RT2005 vs RT2012
      Le radar ci-présent (parcourez-le comme un cadran d’horloge pour connaitre les puissances dissipées en fonction de l’heure et du jour de la semaine) montre que si les apports internes minimaux de la RT2012 sont plus élevés que ceux de la RT2005, sur l’ensemble de la semaine, ils sont inférieurs de près d’un quart.
  • les bâtiments ont changé de surface de référence (SHO(N)RT plutôt que SHON, disparue au profit de la surface de plancher) et ont gagné 10% sur la consommation conventionnelle de facto.

Cette divergence que je soupçonne, certains l’ont déjà démontré dans d’autres pays. Ainsi, au Royaume-Uni, l’Université de Leeds a mis en évidence, sur une gamme de maisons basse-énergie, que les besoins de chauffage in situ étaient, en moyenne, supérieurs de 50% à ceux prévus en phase conception (correction climatique prise en compte) !

En France, on a eu vite fait d’annoncer que le chauffage n’était plus la priorité dans nos bâtiments BBC et RT2012. Pourtant, il suffit de consulter les données de l’Observatoire BBC pour se rendre compte que le confort thermique reste le problème no 1, et de loin :

633b6-observatoirebbc

Dans le graphique présentant les disparités de résultats entre prévisions et constatations, n’avez-vous rien remarqué ? Mais pourquoi donc les bâtiments passifs consomment-ils aussi peu que prévu, eux ?!

L’inventeur du concept, Wolfgang Feist, s’en explique :

«Je travaillais en tant que physicien. J’avais lu que le secteur de la construction expérimentait l’ajout d’isolant dans les bâtiments neufs sans parvenir à réduire la consommation d’énergie. Cela m’a choqué – c’était à l’encontre des lois fondamentales de la physique. Je savais qu’ils devaient faire quelque chose de travers. J’ai donc fait ma mission de découvrir ce que c’était et d’établir ce qui était nécessaire pour bien faire les choses « .

Aujourd’hui encore, le physicien refuse de voir dans son standard une quelconque méticulosité, mais juste des calculs corrects, de la concentration sur les points cruciaux et de l’honnêteté. Est-ce bien sur cette voie-là que nous nous sommes inscrits ?