BELLAVIA Claire. Elève ingénieur de 5 ème année Spécialité Génie Civil. Année Tuteur IBSE : M.CHAILLEY Professeur encadrant : M.

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1 BELLAVIA Claire Elève ingénieur de 5 ème année Spécialité Génie Civil Année 2011 Tuteur IBSE : M.CHAILLEY Professeur encadrant : M.KOVAL

2 Claire BELLAVIA 2 Mémoire PFE Génie Civil

3 SOMMAIRE SOMMAIRE... 3 REMERCIEMENTS... 5 INTRODUCTION... 6 I : DEFINITION DU BESOIN... 8 I.1 : L évolution du bâtiment... 8 I.2 : Présentation de l entreprise IBSE... 9 I.3 : Descriptif sommaire des 2 chantiers d éco-construction du secteur OPC I.3.a : Logements «Les Roselières», à Segny (01) I.3.b : Internat Ferdinand Buisson, Voiron (38) I.4 : Le besoin I.5 : Mon objectif et les moyens mis en œuvre II : FORMATION GENERALE, CONCEPTION II.1 : Ma démarche II.2 : La formation générale II.2.a : partie 1 - Intro et les labels II.2.b : partie 2 - Les notions importantes II.2.c : Partie 3 - Principes de calculs des déperditions thermiques II.2.d : Partie 4 - Les applications sur chantier II.3 : Bilan sur la formation et mon travail III : FORMATION PRATIQUE, MISE EN OEUVRE III.1 : Ma démarche III.2 : La formation mise en œuvre III.2.a : Le test d étanchéité à l air III.2.b : Le chantier des Roselières III.2.c : Le bilan sur la mise en œuvre III.2.d : Le protocole III.3 : Bilan sur la formation et mon travail CONCLUSION BIBLIOGRAPHIE LISTE DES FIGURES LES ANNEXES Claire BELLAVIA 3 Mémoire PFE Génie Civil

4 Claire BELLAVIA 4 Mémoire PFE Génie Civil

5 REMERCIEMENTS Je tiens tout d abord à remercier M. LOCATELLI et M. LUCATELLI pour m avoir permis de réaliser mon projet de fin d étude au sein du service OPC d IBSE. Je remercie tout particulièrement M. Chailley, mon tuteur entreprise, de m avoir proposé et accompagné, sur ce sujet très intéressant et en plein développement dans le secteur de la construction. Je remercie également M. Koval, mon tuteur INSA, de m avoir guidé dans les étapes de mon projet de fin d étude. Je remercie toutes les entreprises qui ont pris le temps de se déplacer et de me présenter leurs produits. Je remercie enfin tout le personnel d IBSE, qui m a accueilli chaleureusement et qui s est beaucoup intéressé à mon travail. Claire BELLAVIA 5 Mémoire PFE Génie Civil

6 INTRODUCTION Dans un contexte de lutte contre le réchauffement climatique, de nombreux objectifs issus du Grenelle de l Environnement ont trouvé leurs applications dans le secteur du bâtiment, pour diminuer la consommation énergétique de notre pays. Ce secteur est le plus gros consommateur d'énergie en France. Il consomme environ 68 millions de tonnes équivalent pétrole, soit près de 43% de l'énergie finale totale et il génère 123 millions de tonnes de CO2, soit près de 23% des émissions nationales. La figure 1 permet de constater l importance du secteur bâtiment en terme de consommation d énergie par rapport aux principaux secteurs que sont le transport, l industrie et l agriculture. Figure 1 : Consommation finale énergétique par secteur économique [11] Actuellement la consommation moyenne annuelle d'énergie du secteur du bâtiment est de l'ordre de 260 kwh/m²/an (source [11]). Des labels tels que HQE, BBC et des réglementation telles que la RT 2005 et la RT 2012 ont été mis en place. Le but étant de réduire progressivement cette consommation, afin qu'elle soit tous bâtiments confondus, de 50 kwh/m²/an. Le Plan Bâtiment Grenelle a été annoncé par le gouvernement français en 2009, pour piloter la mise en œuvre et le déploiement des mesures du programme de réduction, des consommations énergétiques et des émissions de gaz à effet de serre des bâtiments. La figure 2 illustre l évolution attendue par ce projet. Figure 2 : L évolution de la réglementation vers les bâtiments à faible consommation d énergie [13] HQE : Haute Qualité Environnementale ; BBC : Bâtiment Basse Consommation ; RT : Réglementation Thermique Claire BELLAVIA 6 Mémoire PFE Génie Civil

7 Les objectifs à long terme du Plan Bâtiment Grenelle dans tous les secteurs du bâtiment sont: Réduire les consommations d'énergie du parc des bâtiments existants d'au moins 38% d'ici 2020 et conduire la rénovation thermique et énergétique des bâtiments, avec un rythme de rénovations de logements chaque année à compter de Engager d'ici 2012 la rénovation de tous les bâtiments de l'etat et de ses établissements publics, afin de réduire les consommations d'énergie de 40 % et leurs émissions de gaz à effet de serre de 50%. Généraliser la construction de "bâtiment basse consommation" BBC à l'horizon 2012 et de "bâtiment à énergie positive" BEPOS à l'horizon Accompagner et mobiliser les professionnels du secteur en termes de recrutement, de formation et de développement des filières. Ces objectifs touchent directement tous les corps de métiers liés au secteur de la construction : Architecte, Ingénieur, Maitre d œuvre, Constructeur, Economiste C est pour mieux comprendre ce que représente ces actions et leurs applications que je travaille pour l entreprise IBSE, dans le but de former leurs Maitres d œuvre. D une durée de 20 semaines, mon projet de fin d étude s intéresse à toutes les constructions dont le bilan énergétique est amélioré, et en particulier les bâtiments à basse consommation d énergie (BBC). Ce projet a été proposé par le secteur OPC afin de comprendre ce que signifie un bâtiment à basse consommation d énergie. Il a pour but de former les maitres d œuvre à mieux anticiper et organiser leur chantier. En début d introduction, je vous ai présenté l ambition du Grenelle de l Environnement dans le secteur de la construction, pour comprendre quels sont les enjeux mis en place auxquels nous allons devoir répondre. Je vais commencer ce mémoire par quelques chiffres qui présentent l importance des métiers de la construction à l heure actuelle, avec un exemple de réalisation de bâtiment basse consommation. Ensuite je vous présenterai l entreprise IBSE et les deux projets qui ont servis de base à ce travail. En définissant le rôle de l ingénieur, je définirai le besoin précis de l entreprise et je vous expliquerai ma démarche pour y répondre. Les deux parties suivantes, après une introduction plus détaillée de ma démarche, expliquent et décrivent les formations que j ai mises en place et dispensées au secteur OPC, pour leur transmettre mon travail. Ces formations, l une est sur l aspect théorique, la conception du projet ; l autre est sur l aspect pratique, liée à la mise en œuvre du chantier. Dans ces parties je détaille tous les éléments abordés lors de la présentation, et j explique pourquoi j ai choisi de les aborder. Enfin je termine sur le bilan de ces formations et le retour dont m a fait part le personnel d IBSE. Claire BELLAVIA 7 Mémoire PFE Génie Civil

8 I : DEFINITION DU BESOIN I.1 : L évolution du bâtiment Le bâtiment c est 4 millions de professionnels, de la maîtrise d ouvrage à l exploitation du bâtiment 32 millions de logements Dont près de 27 millions de résidences principales, comprises à 84% dans le parc privé et à 16 % dans le parc social Dont plus de 15 millions de maisons individuelles et 11 millions de logements collectifs Plus de 7 millions de logement en copropriété Figure 3 : Les métiers de la construction [26] Figure 4 : Exemple de bâtiments réalisés par IBSE 769 millions de m² dans le parc tertiaire privé 400 millions de m² dans le parc tertiaire public Source des chiffres : [11] Comme nous avons pu le constater avec le Plan Bâtiment Grenelle, les considérations écologique envers notre planète évoluent et nous poussent à faire évoluer notre mode de construction aussi bien dans le parc privé que dans le parc public Figure 5: Exemple d éco-construction : l école d art, de média et de design, à Singapour [27] Claire BELLAVIA 8 Mémoire PFE Génie Civil

9 I.2 : Présentation de l entreprise IBSE L entreprise IBSE (Industrialisation du Bâtiment du Sud-Est) a été créée en 1964, par l entreprise PASCAL. Cette dernière d environ 3000 personnes construisait du béton préfabriqué (plancher alvéolé, mur, dalle, façade), avec plusieurs agences à Lyon, Montpellier, Toulouse, Paris, et dont le siège social était à Grenoble. L entreprise IBSE a été créée à une période où il y avait une forte demande en logements, pour développer les produits PASCAL, notamment à Grenoble, lors de la construction du village olympique, où toutes les façades ont été réalisées en béton préfabriqué. Elle a participé à la conception de ces façades et à la qualité de leur réalisation. Entre 75 et 85, l entreprise IBSE ouvre le marché des produits préfabriqués PASCAL à l export : Algérie, Maroc, Jordanie, Venezuela Dans les années 80, l activité du préfabriqué est en baisse, on assiste à un retour vers la construction traditionnelle. Afin de parer à la crise l entreprise IBSE se diversifie et devient également bureau d étude. En 2000 l entreprise PASCAL dépose le bilan et IBSE devient un bureau d étude indépendant. Avec 8 collaborateurs lors de la création, la société est à ce jour forte de 40 cadres et techniciens répartis entre son siège d Echirolles (figure 6) en Isère, et son agence d Annecy, en Haute Savoie, qui est encore au stade de développement. IBSE est une société par actions simplifiées, au capital social de ,00. Figure 6 : Photo du siège social d IBSE Ces prestations d études techniques sont variées, elles intègrent 4 secteurs du bâtiments : Structure, Economie, OPC/Maitre d œuvre et VRD, dans toute la région Rhône-Alpes. Les 40 personnes sont dirigées par un actionnaire principal, (Marco LOCATELLI, Président de l entreprise) et par 3 associés (Jean-François ANTIER, Jean-Louis LUCATELLI et Christian SOURNIA). Les 4 activités sont indépendantes les unes des autres et s organisent avec à la tête de chaque secteur un représentant, parmi les 4 associés, et un référent technique, qui gère l ensemble de son service (personnel, projet, budget). La répartition par secteur est représenté sur l organigramme figure 7. OPC : Ordonnancement Pilotage et Coordination ; VRD : Voiries et Réseaux Divers Claire BELLAVIA 9 Mémoire PFE Génie Civil

10 Figure 7 : Organigramme de la société Claire BELLAVIA 10 Mémoire PFE Génie Civil

11 Les deux secteurs d activités principalement concernés par l éco-construction sont les économistes, qui interviennent en amont du projet, et les OPC/Maitres d œuvre qui réalisent le projet. Si l on regarde l impact des constructions à faible consommation d énergie au sein d IBSE, par rapport au planning de charge de ces deux secteurs, on remarque que les économistes ont commencé à travailler sur des projets BBC en 2009 et qu ils travaillent actuellement pratiquement à 100% sur du BBC alors que le secteur OPC aborde seulement début 2011 leur deux premiers chantiers d éco-construction. La figure 8 montre la répartition des projets en fonctions de leur labellisation. Figure 8 : Proportion des projets d éco-construction RT 2005 THPE BBC Au vu de leur intervention dans le phasage des projets, cela peut nous laisser entrevoir que d ici un an ou deux le secteur OPC, va lui aussi tendre vers une charge de projets BBC plus importante, voir même à réaliser 100% des projets en BBC ou équivalent. Petit à petit tous les secteurs de la construction tendent à évoluer vers ces améliorations énergétiques des bâtiments. Claire BELLAVIA 11 Mémoire PFE Génie Civil

12 I.3 : Descriptif sommaire des 2 chantiers d éco-construction du secteur OPC I.3.a : Logements «Les Roselières», à Segny (01) Situé dans le pays de Gex (01), à la frontière avec Genève, ce projet regroupe 44 villas BBC, jumelées ou groupées, et 3 petits collectifs de 18 à 20 appartements dont 2 immeubles BBC et 1 immeuble THPE. Maitrise d ouvrage : SLC pitance (69) Assistant Maitre d ouvrage : IBSE (38) Maitrise d œuvre : Architecte : Cabinet Bernard LEMAIRE (74) Bureau de contrôle : Bureau VERITAS CSPS : VERITAS BET Fluides : RETHEF BET Structure : CROZET-NURRA Entreprises : Gros œuvre : Reyes Façades : Tezgin Couverture : Favrat Etanchéité : Forézienne Menuiserie ext et int : St Genis menuiserie Isolation soufflée : Alpes iso Cloisons doublage : Bonglet Peinture : Tondella Parquet : Meurenand SARL Serrurerie : Carraz Carrelage : SG Seyssel Plomberie : Billon Electricité : Dompnier Meubles SdB : Habitat alpin Test d étanchéité à l air : Econ eaulogis Montant du marché : HT Surface : Villas : m² SHON Collectif : m² SHON Livraison : Villas : Novembre 2011 Collectif : Mai 2012 Figure 9 : Plan masse des logements - villas et immeubles [architecte] 1 et 2 au centre situent les immeubles BBC, 3 l immeuble THPE le reste étant les villas Figure 10 : Perspectives des villas [architecte] Claire BELLAVIA 12 Mémoire PFE Génie Civil

13 I.3.b : Internat Ferdinand Buisson, Voiron (38) A la suite de la rénovation complète du collège Ferdinand Buisson à Voiron, la région Rhône-Alpes a décidé de créer un internat dans l enceinte du collège pouvant accueillir jusqu à 240 élèves. Ce bâtiment est le premier bâtiment passif construit par la Région Rhône-Alpes, accompagné d une démarche HQE. Figure 11 : Plan d étage courant de l internat [architecte] Maitrise d ouvrage : La région Rhône-Alpes Maitrise d œuvre : Architecte : Chabal (38) Bureau de contrôle : Alpes contrôle CSPS : Dekra OPC : IBSE BET Structure : Sogreah BET Fluides : GECC AICC Bureau HQE : INDIGGO AMO HQE : Prévention Consultants Entreprises : Terrassement : Carron Gros œuvre : Enbatra Clot couvert, enveloppe : SDCC Cloisons doublage : Valenti Menuiseries int : IDEM Carrelage : Mignola Sols souples : Comptoirs des revêtements Peintures : Fay Plomberie : Streiff Electricité : INEO Test d étanchéité à l air : DTM Montant du marché : HT Surface : m² SHON Livraison : Avril 2012 Figure 12 : Perspective de l Internat [architecte] AMO : Assistant Maitre d Ouvrage Claire BELLAVIA 13 Mémoire PFE Génie Civil

14 I.4 : Le besoin Pour l entreprise IBSE et particulièrement le secteur OPC/Maitre d œuvre ces deux projets sont les premiers qu ils abordent en terme de basse consommation d énergie. BBC, THPE, bâtiment passif, HQE Qu est ce que cela signifie? Qu est ce que cela implique? Figure 13 : Le besoin [10] De part sa formation l ingénieur est celui qui s adapte Il s adapte aux évolutions de son métier. Evolution des règlements : parasismique, thermique, handicapés, sécurité, Eurocode Evolution de ses savoir faire, avec une architecture audacieuse, aux éléments toujours plus hauts, plus élancés, composée de structures complexes avec des éléments décalés, en porte à faux sur des terrains qui restent dans les villes ou à la périphérie, et qui sont souvent des terrains aux caractéristiques compliquées du point de vue urbanistique, géologique Il s adapte aussi aux métiers de ceux qui l entourent. Sujets techniques, réglementaires et technico-économique Réunions des différents services Collaboration avec d autres bureaux d étude ou entreprises => Pour réaliser cela il se doit d avoir une base de connaissance suffisante pour pouvoir échanger. Claire BELLAVIA 14 Mémoire PFE Génie Civil

15 I.5 : Mon objectif et les moyens mis en œuvre C est cette base de connaissance sur laquelle je me dois de travailler pour former le personnel d IBSE, sur ce que représentent les constructions à faible consommation d énergie. Ma mission est de les former d une part sur les différents labels ou normes qui existent dans le domaine des faibles énergies, mais aussi sur ce qu ils impliquent du point de vue construction, matériaux, coût, mise en œuvre, planning. Pour réaliser cela mon travail s organise en deux temps, correspondant aux 2 parties suivantes de mon rapport : La première partie est un temps de recherche d environ 2 mois sur toutes les notions théoriques qui constituent ces labels, à partir : d écrits trouvés dans les livres, sur des sites internet, ou de salons visités, ainsi que de bureaux d étude rencontrés. A l issue de cette période je présenterai le résultat de mes recherches à l ensemble du secteurs OPC et économistes (une quinzaine de personnes). Cette formation devra leur donner une connaissance suffisante du sujet et leur permettre de savoir dans quel ouvrage chercher des informations plus précises si nécessaire. La seconde partie est une expérience liée au chantier qui durera tout le temps de mon PFE. Ce travail a pour but de pouvoir amener un maximum de réponse à «qu est ce qu un chantier BBC?». Pour cela je dois : - planifier l ordre de tâches pour que l ordonnancement et la coordination correspondent à la notion de performance demandée - établir une fiche de contrôle qualité - réaliser des tests - voir comment à partir de ces tests, améliorer les performances d un bâtiment - transmettre aux entreprises ce savoir pour bénéficier d une mise en œuvre la plus juste possible - établir un protocole de suivi qualité Ce travail donnera lui aussi lieu à une formation, principalement pour le secteur OPC, sur le résultat de toutes les recherches et améliorations qui auront été faites sur ces deux chantiers, pour permettre aux maitres d œuvre de ce servir de ce travail et des documents produits, pour leurs futurs chantiers. Figure 14 : Les formations [10] Claire BELLAVIA 15 Mémoire PFE Génie Civil

16 II : FORMATION GENERALE, CONCEPTION II.1 : Ma démarche Le but de cette formation est de balayer de manière la plus large possible tous les domaines approchant les Bâtiments Basse Consommation et les Réglementations Thermiques. La formation a été fixée par M. Chailley à une durée de 2h maximum. Il ne s agit donc pas de pousser chaque élément dans le détail mais d apporter pour tous, un savoir de base, leur permettant de discuter avec un maitre d ouvrage et/ou des entreprises, afin de les accompagner dans leur projet. Ce travail consiste à rassembler un maximum d informations, par des lectures, des rencontres de personnes, des visites de salons, puis de les organiser et les remettre en forme, de manière à leur transmettre les connaissances que j ai acquises. J ai commencé mes recherches par ce qui me semblait être l amorce de ce sujet : Quel est le lien entre le secteur du bâtiment et le Grenelle Environnement? Ce lien s exprime à travers le Plan Bâtiment Grenelle dont les objectifs ont été présentés en introduction et qui met en route une démarche de mise en œuvre. En plus de ce Plan Bâtiment Grenelle, différents labels ont été introduit pour répondre à ces mêmes objectifs. Partant de ces labels j ai étoffé petit à petit mes connaissances, et après un mois de recherche et de recoupement d informations, j ai organisé mon travail suivant trois axes : - Le premier consiste à étudier et comparer les différents labels et les réglementations thermiques, pour définir, leurs objectifs et les systèmes pris en compte (ventilation, chauffage, eau chaude sanitaire, climatisation ). - Le second traite des points importants de la construction sur lesquels reposent ces labels. - Le dernier est une introduction aux calculs réalisés pour obtenir ces labels. J ai voulu expliqué de manière simple la démarche de calcul, afin qu ils puissent comprendre quels sont les éléments pris en compte. Les sites internet m ont permis de trouver de nombreuses informations sur les labels et les réglementations thermiques. Ils m ont également permit à partir de sites d entreprises de découvrir de nombreux produits, dont j ai télécharger la documentation technique de manière à réaliser une bibliothèque pour IBSE, leur permettant d avoir au moins une documentation sur chaque type d éléments (isolation, cheminée, fenêtre, monomur ). J ai agrémenté cette bibliothèque et mes informations en rencontrant certaines de ces entreprises, comme par exemple ILLBRUCK TREMCO, qui propose une gamme de produit d étanchéité à l air et à l eau pour les menuiseries extérieures. Les salons «BE+» à Lyon et «Bât Expo» à Grenoble, ont également agrémenté cette bibliothèque. J ai pu voir et comprendre le fonctionnement de systèmes ainsi que les comparer : avantages/inconvénients, performances, prix J ai également participé à une journée de formation sur l isolation par l extérieur donnée par l entreprise de façade Revolta Blaudeau de Chambéry, en association avec l entreprise STO. Cette formation a traité aussi bien les normes, que les produits et la mise en œuvre. Claire BELLAVIA 16 Mémoire PFE Génie Civil

17 J ai voulu rencontrer le bureau d étude fluide qui a travaillé sur le projets de l internant de Voiron, pour savoir quel était son rôle, comment se déroulait les calculs, quelles étaient les modifications apportées suite à ces calculs et comment se ressentaient ces normes très poussées du point de vue de la construction? Je n ai pas pu obtenir les réponses que je souhaitais auprès de ce bureau sur les approches calcul/conception, en raison d un changement de personnel. Pour traiter la démarche de calcul liée au 50kWh/m²/an, je me suis servi de mes cours de thermique et notamment du projet BBC que nous avions réalisé en GC4. Je me suis également appuyé sur la démarche du logiciel du bureau d étude thermique PERRENOUD que j avais trouvé lors du salon «Be+», pour le Diagnostic Performance Energétique. Au bout des deux mois de recherche qui m était imparti pour ce travail, j ai mis au point cette formation générale sous forme d une présentation Power Point, dont les différents points sont traités dans le chapitre suivant. En complément de la présentation, j ai rédigé un fascicule d une quinzaine de pages, comprenant la bibliographie, et permettant au personnel d IBSE de garder une trace écrite de ce qui a été abordé. Claire BELLAVIA 17 Mémoire PFE Génie Civil

18 II.2 : La formation générale Dans cette partie je vais vous présenter les points abordés lors de la formation, qui synthétisent le résultat de mes recherches et constituent ce qu il m a paru important de transmettre aux personnes de l OPC. ANNEXE 1 : Présentation power point de la formation «Normes, conception et mise en œuvre» II.2.a : partie 1 - Intro et les labels Après avoir présenté le Plan Bâtiment Grenelle et ces objectifs, comme abordés en introduction de ce rapport, j ai listé les différents types de labels que l on trouve en France : BBC, RT 2005 et 2012 avec les variantes HPE et THPE, la maison à énergie positive. Je les ai défini avec les caractéristiques énergétiques à atteindre pour chaque label, les postes sur lesquels reposent ces valeurs, les variantes autorisées (par région, altitude, type de chauffage), mais aussi les organismes autorisés à labéliser les constructions et la validité de ces labellisations (exemple figure 15). J ai également fait ce travail avec les labels suisses et allemands (Minergie et Passivhaus) dont on entend souvent parler, pour comparer les exigences. Puis j ai joins à ces labels les appellations type Haute Qualité Environnementale et maison bioclimatique qui peuvent être associés aux projets, et le Diagnostique Performance Energie qu il est obligatoire de fournir en cas de vente ou de construction. Figure 15 : Extrait p7 - Label Bâtiment à Basse Consommation Claire BELLAVIA 18 Mémoire PFE Génie Civil

19 II.2.b : partie 2 - Les notions importantes En travaillant sur ces labels, on remarque rapidement que plusieurs notions sont récurrentes pour l obtention de la valeur énergétique de référence. Ces notions sont citées sur le schéma de la figure 16. Figure 16 : les notions importantes J ai détaillé chacun de ces points en les regroupant en trois grandes familles : - les déperditions thermiques ( isolation - pont thermique - perméabilité à l air ) - les énergies (énergie renouvelable - ventilation - chauffage - eau chaude sanitaire) - le confort (conception bioclimatique - confort d été) II.2.b.1 : Les déperditions thermiques (isolation pont thermique perméabilité à l air) Les déperditions thermiques se font un peu partout à travers l enveloppe (figure 17). Le but de cette partie et de comprendre par où se font les pertes, comment les minimiser par des moyens de mise en œuvre et quels sont les produits adaptés. Figure 17 : Les déperditions thermiques Claire BELLAVIA 19 Mémoire PFE Génie Civil

20 Les ponts thermiques A partir de l ouvrage «Les ponts thermiques dans le bâtiment» (source [1]), j ai défini ce que sont les ponts thermiques, et j ai présenté de manière synthétique les points importants où ils se forment (extrait figure 18) et schématisé les solutions possibles avec des produits type isorupteurs, suivant la catégorie du bâtiment. Figure 18 : Extrait p19 - Situation des ponts thermiques de liaison [1] J ai profité de ce paragraphe pour faire un rappel sur la sécurité incendie (C+D), les conditions mécaniques et le confort acoustique, car isoler certains ponts thermiques peuvent engendrer de nouveaux problèmes, illustrés figure 19. Figure 19 : Isolation des ponts thermiques, condition mécanique, sécurité incendie et confort acoustique [1] Claire BELLAVIA 20 Mémoire PFE Génie Civil

21 L isolation Le rôle de l isolant est d interposer entre l intérieur et l extérieur une barrière au passage des calories. Il existe une grande variété d isolants, avec de nombreuses caractéristiques mécaniques, physiques et présents sous différentes formes. J ai commencé par présenter les principaux isolants existants sous forme d un tableau comparatif (figure 20) qui permet de savoir quel type de produit choisir, suivant le besoin et la demande. Figure 20 : Tableau comparatif des isolants [10] [13] Ensuite j ai expliqué le choix de l isolant suivant sa position (sol, toiture, combles, murs) en listant les avantages et inconvénients de chaque choix, (exemple figure 21). Figure 21 : Extrait p32 - L isolation extérieure [18] Claire BELLAVIA 21 Mémoire PFE Génie Civil

22 La perméabilité à l air Cette notion nouvelle est celle qui permet de valider ou non le label BBC. Je leur ai donc expliqué comment se passe un test d étanchéité à l air, quelles, sont les valeurs à atteindre suivant le type de bâtiment, et comment il permet sur place de repérer les endroits de la construction où il y a des défauts (extrait figure 22). Figure 22 : Extrait p37 - Le test de la porte soufflante (= blower door) A partir des documents du CETE de Lyon sur la COB (Construction en Ossature Bois), l ITI (Isolation Thermique Intérieure), l ITE (Isolation Thermique Extérieure) et l ITR (Isolation Thermique Répartie), (source [15] à [19]) j ai présenté de manière synthétique, comme pour les ponts thermiques, les endroits sensibles au passage de l air et les solutions possibles à apporter pour chaque corps d état. Figure 23 : Page de garde des guides du CETE de Lyon [16-19] Claire BELLAVIA 22 Mémoire PFE Génie Civil

23 Lors de la visite au salon «Be+» à Lyon, j ai découvert de nombreux produits conçus pour améliorer cette étanchéité à l air des bâtiments : boite électrique étanche, scotch de liaison, bande butyle, manchon pour gaine (exemple figure 24). Je leur ai donc ramené un éventail de documentation pour constituer une «bibliothèque» de produits à mettre en œuvre et des échantillons pour qu ils puissent toucher les produits et les comparer avec ceux mis en œuvre actuellement. Figure 24 : Extrait p 42 - Les produits pour passage de gaine En conclusion de ce paragraphe j ai listé quels sont les étapes d organisation importantes à ne pas oublier pour réaliser et réussir un bâtiment à basse consommation d énergie : - Identifier les phases critiques - Etre précis sur les détails constructifs - Prévoir le planning des travaux en fonctions de ces tâches - Porter une attention particulière sur les produits à mettre en œuvre - Accorder une grande importance aux réceptions de support - Mettre au point des fiches de contrôle - Impliquer les entreprises - Faire des tests d'étanchéité à l'air au moment hors eau / hors air, et avant la livraison II.2.b.2 : Les énergies utilisées et produites ( EnR ECS Chauffage Ventilation) Les labels sont calculés en fonction des énergies consommées et produites par l habitation. Il existe plusieurs moyens pour produire de l énergie renouvelable, et beaucoup d efforts ont été fait au niveau de l appareillage pour limiter les consommations d énergie et coupler les systèmes afin de limiter le nombre d appareil. J ai décider de traiter cette partie de manière assez précise, en présentant tous les types de systèmes possible pour permettre aux maitres d œuvre d avoir déjà entendu parler de tel ou tel système, de connaitre brièvement son fonctionnement et de pouvoir avoir une idée de comparaison économique entre les produits. Cette connaissance permet de choisir le produit à installer en fonction du projet. Claire BELLAVIA 23 Mémoire PFE Génie Civil

24 Les différents types d EnR (Energie Renouvelable) Une énergie renouvelable est une énergie exploitée par l homme, de telle manière que ses réserves ne s épuisent pas. J ai abordé l énergie solaire, la géothermie, la biomasse et l énergie éolienne, en expliquant les applications de chacune, à quel système ils se couplent, ses avantages et ses inconvénients (exemple figure 25). Figure 25 : Extrait p 46 - L énergie solaire Eau Chaude Sanitaire (ECS) - Chauffage Ventilation Pour chacun de ces trois postes j ai défini les besoins d une personne (exemple figure 25) et j ai détaillé les différents types de systèmes qui existent : - Pour l ECS : ballon électrique, chauffe eau solaire, ECS thermodynamique, ECS hybride - Pour le chauffage : fioul, gaz, bois, chaudière à condensation, chaudière à basse température, chaudière à cogénération, électrique, pompe à chaleur, cheminée/poële, appareil de régulation - Pour la ventilation : Ventilation Mécanique Contrôlée simple flux, VMC double flux, VMC double flux thermodynamique, VMR (Répartie), VMI (par Insufflation) Je les ai comparé de par leur fonctionnement, leur rendement, leur coût, leurs avantages et leurs inconvénients. (exemples figures 26 et 27 ) Claire BELLAVIA 24 Mémoire PFE Génie Civil

25 Figure 26 : Extrait p 54 - Chauffe eau hybride Figure 27 : Extrait p 61 - Tableau comparatif des prix de chauffage pour une villa de 100m² II.2.b.3 : Le confort (bioclimatique été) La notion de confort n est pas directement liée à la construction des bâtiments, mais elle permet de comprendre les choix de conception faits et de mieux conseiller les maitres d ouvrage, c est pourquoi j ai également abordé cette notion. Claire BELLAVIA 25 Mémoire PFE Génie Civil

26 Confort bioclimatique Défini dès l esquisse du projet, le confort bioclimatique tient compte de l implantation, de l orientation, de la forme architecturale, de la disposition des espaces, du choix des matériaux, de la participation de la végétation. C est une adéquation entre climat, occupation et habitant. Tout ceci est parfaitement décrit dans l ouvrage «la conception bioclimatique» (source [4]), mais je ne suis pas rentrée plus dans les détails (extrait figure 28), pour avoir le temps d aborder les notions de calculs et de présenter les deux projets en cours. Figure 28 : Extrait p72 La conception bioclimatique Claire BELLAVIA 26 Mémoire PFE Génie Civil

27 Confort d été : Le confort d été impact principalement sur la qualité des menuiseries extérieures. Caractéristiques mécaniques, confort climatique et aspect esthétique sont autant de facteurs de choix des baies vitrées, j ai donc essayé comme pour tous les autres produits présentés précédemment de les comparer. Dans un premier temps j ai abordé les facteurs caractéristiques du vitrage (facteur solaire, transmission lumineuse, déperditions thermique), puis j ai comparé les produits de menuiseries (bois, aluminium, PVC) et de vitrage (double, triple, à isolation renforcé), exemple figure 29. Figure 29 : Extrait p79 - Comparaison des vitrages II.2.c : Partie 3 - Principes de calculs des déperditions thermiques J ai souhaité aborder les notions de calculs, pour permettre aux maitres d œuvre de comprendre comment sont obtenus les résultats et quels sont les paramètres qui entrent dans ces calculs. Tout comme la conception bioclimatique cela ne les concerne pas directement mais leur permet de mieux comprendre comment est conçu le projet qu ils ont à réaliser. DPE (Diagnostic Performance Energétique) Lors du salon Be+ à Lyon, j ai rencontré le bureau d étude PERRENOUD, qui a mis au point des logiciels pour calculer ces DPE. Une version d essai téléchargeable m a permis à partir d un projet fictif de voir les étapes de progression et les notions prises en compte. J ai donc fait une synthèse page après page des valeurs caractéristiques qui entrent en compte dans ce calcul. Par exemple : la compacité du bâtiment, sa hauteur (extrait figure 30) la nature des parois, leur épaisseur, l isolation le type de chauffage utilisé. Claire BELLAVIA 27 Mémoire PFE Génie Civil

28 Figure 30 : Extrait p 85 DPE les données techniques BBC Un logiciel à également était mis au point pour le calcul du BBC pour l obtention du 50 kwh/m²/an, mais j ai trouvé son exploitation difficile à expliquer. Je suis donc plutôt repartie d un projet de thermique que nous avions fait en GC4, pour expliquer les étapes que j avais suivies. Dans un premier temps je leur ai expliqué la notion et le calcul de déperdition thermique des murs, et les différents cas à prendre en compte pour le dallage et la toiture. A partir d un exemple simple sur un calcul de mur j ai montré comment savoir si le calcul aller être bon ou pas à partir de garde-fous (figure 31). La valeur obtenue pourrait être valable pour la RT 2005, mais elle n est plus dans la bonne fourchette pour un bâtiment BBC. Figure 31 : Exemple de calcul d un mur et comparaison avec les garde-fous Ensuite je leur ai expliqué comment tenir compte de la ventilation, des apports solaires, la notion de Degré Jours Unifiés, et comment au final tout était additionné, le résultat devant être < à 50 kwh/m²/an. Claire BELLAVIA 28 Mémoire PFE Génie Civil

29 II.2.d : Partie 4 - Les applications sur chantier Cette dernière partie correspond à une mise en application de ce que nous venions d aborder, quels sont les produits qui ont été mis en œuvre dans ces projets : aux points de vue structure, isolation et leur épaisseur, les énergies renouvelables utilisées, les systèmes de chauffage, ventilation et ECS choisis (extrait figure 32), et introduit la formation suivante issue de l expérience de ces deux chantiers. Figure 32 : Extrait p 98 Présentation des villas BBC Claire BELLAVIA 29 Mémoire PFE Génie Civil

30 II.3 : Bilan sur la formation et mon travail La recherche, pour mettre en place cette formation, m a permit d apprendre de nombreux principes théoriques et pratiques sur les labels, le test d étanchéité à l air et les différents systèmes et produits mais aussi d utiliser mes connaissances (calcul), pour transmettre mon savoir à autrui. Les points difficiles ont été de sélectionner les informations à transmettre, par exemple faut-il leur parler de la démarche de calcul? Est-il utile d aborder tous les systèmes de ventilation et autres? Il a fallu juger jusqu où entrer dans le détail, approfondir les notions. Puis le doute, cette présentation générale répondelle à leur besoin, ne faut-il pas une approche directement plus précise, plus ciblée sur leur travail? J ai donc demandé à M. Chailley mi-février de me donner son avis sur mes recherches pour m assurer de ne pas partir dans la mauvaise direction. Trouvant mon travail intéressant et enrichissant, nous avons décidé d organiser deux formations, une formation générale sur tout ce qui approche l éco-construction, et une formation détaillée issue de mon expérience de chantier BBC. La formation a été donné le 21 mars 2011, 14 personnes venant des 4 secteurs d activités d IBSE étaient présentes. Cette présentation était bien différente de celle que j avais pu donner en cadre scolaire, car j ai eu beaucoup de mal à discipliner mon auditoire qui a posé des questions tout au long de la présentation, alors que je leurs avais annoncés que j avais prévu du temps à la fin de la présentation pour les questions. Ces questions montraient l intérêt porté aux sujets mais intervenaient souvent avant que je puisse abordés le sujet en question, donc cela était assez déstabilisant. Par exemple lorsque j ai présenté les labels M. Lucatelli a voulu savoir comment s obtenait la valeur de 50 kwh/m²/an, cette question m a rassuré sur la 3 ème partie me prouvant que la méthode de calcul était bien un point qui les intéressait mais je n avais pas prévu d introduire ce point à cet endroit. Beaucoup de questions posées anticipaient sur ma présentation, qui par conséquent la compliquait car je ne souhaitais pas aborder tous les points en même temps et dans le désordre. J ai donc suivi l ordre de ma présentation répondant aux questions au moment où le point était abordé dans mon plan défini en début de présentation. A la fin de la présentation je n ai eu que des retours positifs sur mon travail. Tous les sujets abordés les ont intéressés et leur ont permis soit d apprendre des notions qu ils ne connaissaient pas, comme les labels ou l étanchéité à l air, soit de leur donner des estimatifs, comme par exemple les pourcentages de déperditions à travers une enveloppe, ou les coûts des différents produits. Les nouvelles normes (BBC et RT 2012) et le test d étanchéité à l air ont donné lieu à un débat en fin de formation laissant en suspend de nombreuses questions, sur lesquelles je reviendrai au cours de la formation suivante, avec à l appui les exemples tirés des situations vécues en chantier. Claire BELLAVIA 30 Mémoire PFE Génie Civil

31 III : FORMATION PRATIQUE, MISE EN OEUVRE III.1 : Ma démarche Le but de cette formation, de 2h également, est d expliquer les principes de mise en œuvre à appliquer lors de la construction d un bâtiment BBC. La présentation est issue de mon expérience de chantier, suite à la construction des 44 villas des Roselières, à Segny. Il s agit de définir précisément tous les endroits clés défaillants, d expliquer les problèmes posés et les solutions apportées par les mises en œuvre à faire ou à éviter. Toutes les modifications et évolutions du projet sont dues à des tests d étanchéité à l air. Il est donc important de savoir ce qu est un test d étanchéité à l air, à quoi sert-il, comment est-il réalisé et quand? Ce travail commence donc avec le premier test d étanchéité à l air. Les connaissances acquises à l établissement de la formation générale, les documents techniques et les échantillons, me permettent en complément des points sensibles identifiés lors du test, d informer et former les entreprises à la construction BBC. Suite à cela je dois proposer une fiche de contrôle qualité sur les points sensibles et vérifier les travaux exécutés. Cela impose une présence régulière sur le chantier et nécessite l implication des entreprises face aux résultats à obtenir. Les tests suivants me permettent de corriger et compléter mes listes de contrôle qualité par rapport à de nouveaux problèmes, liés à une phase de chantier différente, plus avancée, et donc avec des détails plus précis. Ce travail est entièrement guidé par les tests effectués, les modifications apportées et les résultats obtenus. Chaque test apporte un plus par rapport au test précédant, et permet lors du test final d obtenir le label et par conséquent de valider la mise en œuvre. La présentation, relatant le déroulement de ce travail, est rédigé suivant 4 grands axes : - Le premier explique le test d étanchéité à l air : principe, mise en œuvre - Le second est une présentation du chantier des Roselières et des tests d étanchéité à l air qui ont été réalisés, avec l étude de ces tests. - Le troisième est un bilan sur la mise en œuvre. Il traite non seulement de la réalisation du chantier mais aussi de l implication des entreprises et de celle du maitre d ouvrage. - En dernier, comme une conclusion à ce travail, j ai mis au point un protocole à suivre lors de la réalisation d un chantier BBC. En complément de la présentation, j ai rédigé un guide pour les maitres d œuvre, avec entre autre, le protocole de suivi de chantier BBC et une liste type des contrôles qualités à effectuer par corps d état. J ai en outre rédigé un guide pour la formation des entreprises et un guide pour le conseil des maitres d ouvrage. Claire BELLAVIA 31 Mémoire PFE Génie Civil

32 III.2 : La formation mise en œuvre Dans cette partie je vais vous présenter les points abordés lors de la formation, qui relatent le travail effectué sur le chantier, l analyse des tests et l amélioration à apporter pour une construction BBC. Cette présentation a pour but de faciliter aux maitres d œuvre, la prise en main d un projet, l organisation du chantier et l information transmise aux entreprises et/ou aux maitres d ouvrage. ANNEXE 2 : Présentation PowerPoint de la formation «Mise en œuvre». III.2.a : Le test d étanchéité à l air Etant donné qu un seul des maitres d œuvre sur l ensemble du secteur OPC a déjà participé à un test d étanchéité à l air, j ai décidé de présenter ce test de manière détaillé. J ai expliqué : - les objectifs à atteindre en fonction du type de logement (figure 33), à l aide d une échelle graphique, - le mode opératoire du test : appareilles de mesure, préparation, test fumigène - les 3 différents types de tests réalisés, en fonction de l avancement du chantier, - le principe de la règle d échantillonnage, qui ne permet de tester qu un certain nombre de logements, - l implication demandée aux entreprises tout au long du chantier. Figure 33 : Extrait p5 L objectif du test d étanchéité à l air III.2.b : Le chantier des Roselières Pour parler de la mise en œuvre, aux vus de l avancement des chantiers, je ne me suis basée que sur les villas des Roselières. Nous n avons pas eu l occasion avant la fin de mon PFE de faire des tests, ni sur les collectifs des Roselières, ni sur l internat de Ferdinand Buisson. Dans un premier temps j ai présenté le chantier : plan masse, plans et coupes des villas (figure 34 et 35), phasage des travaux, dispositions mises en place, photos de manière à ce que tout le monde ai les informations nécessaires pour comprendre le projet. Claire BELLAVIA 32 Mémoire PFE Génie Civil

33 Figure 34 : Extrait p 16 villa type A, plan du RDC Figure 35 : Extrait p19 villa type B, plan du RDC Ensuite j ai expliqué les 3 tests d étanchéité à l air que nous avons réalisés, sur le même logement. Pour chaque test j ai présenté l état de la villa et son avancement, le résultat du test effectué, les zones sensibles identifiées et les modifications apportées suite aux tests (exemple figures 36 à 39). Claire BELLAVIA 33 Mémoire PFE Génie Civil

34 Figure 36 : Extrait p30 : Etat de la villa L état de la villa donne une indication sur les modifications réalisables (ex :colmatage, réalisation de caissons ) et celles qui ne le sont plus (ex : enduire les agglos). Figure 37 : Extrait p35 Résultat du test Le résultat du test nous indique les entrées d air réelles dans la villa, par rapport au résultat à obtenir. Une estimation nous permet de nous rendre compte de la surface du passage d air, ici par exemple l ensemble des entrées d air correspond à un trou équivalent à un cercle de 13.66cm de diamètre. Claire BELLAVIA 34 Mémoire PFE Génie Civil

35 Figure 38 : Extrait p36 Situation des points sensibles Une fois le test réalisé et la valeur obtenue, nous recherchons ces entrées d air. Tous les endroits diagnostiqués, à la main ou au fumigène, sont répertoriés comme si dessus à l aide de photos, dans un rapport. Figure 39 : Extrait p37 Les modifications a apporter en mise en oeuvre Mon travail consistait à lister ces entrées d air et à apporter des solutions, pour améliorer l enveloppe de la villa. Ces modifications étaient effectuées sur l ensemble des constructions. Claire BELLAVIA 35 Mémoire PFE Génie Civil

36 III.2.c : Le bilan sur la mise en œuvre A l issu de l analyse des 2 premiers tests j ai regroupé par corps d état, les mises en œuvre à faire et à éviter, dans un document. Ce document se présente sous la forme d exemples photographiés (figure 40). Il peut servir aussi bien à accompagner le maitre d œuvre dans son chantier, que de document de référence pour les entreprises. Figure 40 : Extrait p54 La pose de boites électrique étanches Afin de compléter ces exemples photographiés, j ai rédigé un fascicule, pour les entreprises, afin de les informer et les former, sur la mise en œuvre des chantiers BBC. Ce fascicule (Annexe 3) regroupe les normes BBC, RT 2012, HQE Il explique le principe d étanchéité à l air, les mises en œuvre à faire et à éviter, et il énumère un certain nombre de produits adaptés au BBC. J ai mis au point ce fascicule suite à la réunion BBC qui a suivit le premier test d étanchéité à l air. Lors de cette réunion, j ai pu me rendre compte qu aucune entreprise n avaient pris conscience de l importance d un chantier BBC et qu elles ne connaissaient pas les produits d étanchéité à l air que je leur présentais. ANNEXE 3 : Le fascicule mise en œuvre BBC, pour les entreprises Suite aux deux premiers tests, j ai également mis en place une fiche de contrôle (Annexe 4), sur la qualité de la mise en œuvre. Cette fiche est à la fois remplie par le maitre d œuvre et par les entreprises, qui doivent la lui remettre toutes les deux semaines. Elle oblige les entreprises à s appliquer et s impliquer dans le soin leur réalisation. Elle est rédigée par corps d état et par villa, elle permet de valider ou non chacune des tâches à réaliser, et l on peut y noter toutes les remarques concernant la villa. En correspondance à ces fiches, j ai créé un tableau (Annexe 5), pour le maitre d œuvre, qui récapitule l ensemble des points validés. Ce tableau permet en un coup d œil, de voir qu elles sont les points contrôlés, ceux qu ils restent à vérifier et l avancement du chantier. ANNEXE 4 : La fiche de contrôle qualité du BBC, par villa et par lot ANNEXE 5 : Tableau récapitulatif du contrôle BBC Claire BELLAVIA 36 Mémoire PFE Génie Civil

37 La construction du projet n est qu une partie de son élaboration. Un projet ne peut être bien réalisé que s il a été bien conçu et bien pensé. Le test final que nous avons réalisé sur la villa est encore supérieur au 0.6 m 3 /h.m² que nous aurions dû obtenir. Malgré toutes les modifications apportées, les contrôles de mise en œuvre, l implication des entreprises, nous ne sommes pas parvenu au résultat. L une des causes de cet échec est dûe à une conception non adaptée. Les villas sont construites comme des villas traditionnelles ou non pas comme du BBC. Aucune mesure n a été prise pour améliorer leur enveloppe. La seconde cause, vient du fait que les entreprises n ont pas pris conscience dès le départ, du projet BBC. Ils n ont pas adaptés leur matériaux (bandes adhésives, manchons pour gaines ) et inclus ces dépenses dans leur marché. Donc aujourd hui nous rattrapons ces erreurs de conception avec de la mousse polyuréthane et des joints acrylique! J ai donc suite à ce constat rédigé un fascicule (Annexe 6) pour les maitres d ouvrage/architectes, dans le but qu ils puissent prendre conscience que la conception est aussi importante que la réalisation, et que le budget à prévoir est fonction du résultat à atteindre. Tous les détails présentés dans ce fascicule proviennent des guides du CETE de Lyon (sources [15] à [19]). ANNEXE 6 : Le fascicule conception et mise en œuvre BBC, pour les maitres d ouvrage. J ai prévu au cours de la formation, de prendre le temps de regarder l ensemble de ces détails. Ils me semblent très importants que les maitres d œuvre connaissent ces détails, car toutes les modifications apportées sur le chantier, ont été réalisées pour palier au manquement de ces détails, ex : rajout d une bande entre la dalle et le pied de la cloison. III.2.d : Le protocole En synthèse de ce travail, j ai mis au point un protocole (Annexe 7) pour guider les OPC et maitres d œuvre dans leur projet BBC, les accompagnant dès la prise en main du projet jusqu à sa réception. Il reprend les étapes importantes du projet (tests, réunion) et les éléments à avoir (détails, fiches de contrôle). Ce protocole permet d anticiper et d organiser au mieux le chantier. ANNEXE 7 : Le protocole de chantier BBC Claire BELLAVIA 37 Mémoire PFE Génie Civil

38 III.3 : Bilan sur la formation et mon travail Je pensais, dans ce travail, n avoir à m intéressait qu au chantier en lui-même, organisation et travaux réalisés. Puis je me suis rendu compte que former les maitres d œuvre au chantier BBC était bien plus complet. Si les maitres d œuvre veulent réussir leur chantier il va falloir qu ils forment les maitres d ouvrage, les architectes, les entreprises, avant de pourvoir envisager le travail du chantier : planning, détails C est pourquoi cette présentation ne se structure pas tout à fait comme la présentation précédente. Il a une première partie explicative sur le test d étanchéité à l air, mais très vite dans les parties suivantes, les sujets appel à l intervention. Les points expliqués, les fascicules rédigés doivent interpeller les OPC d IBSE pour les faire réagir sur le sujet, et provoquer des échanges. Cette formation s est déroulée le 6 juin, pendant une durée de 2h. La formation s est organisée sous forme d échanges. Ils posaient leurs questions au fur et à mesure de la présentation, et nous débattions des points qui leur posaient problèmes. La présentation du chantier des Roselières leur a permis de se rendre compte, que réaliser un chantier BBC n est pas facile, si cela n a pas été bien préparé en amont. Nous avons discuté des produits à mettre en œuvre, des détails à soigner. Ils ont apprécié les fascicules rédigés pour la formation des entreprises et des maitres d ouvrage ainsi que le protocole les guidant dans le projet. Grâce à cette formation les maitres d œuvre ont pris conscience du travail de préparation et de suivi que demande un chantier BBC. Nous avons longuement débattu entre le fait de mettre en place des détails, des produits adaptés et la relation de budget que cela implique. Il est difficile de faire de la qualité sans y mettre le prix, or les maitres d ouvrage veulent du BBC mais au même prix qu avant. Ils ont donc constaté qu ils allaient devoir «former» les intervenants avec lesquels ils travailleront, pour arriver à un résultat satisfaisant. Claire BELLAVIA 38 Mémoire PFE Génie Civil