SIMULATIONS THERMIQUES DYNAMIQUES DU 22, RUE BOURGNEUF - Synthèse

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1 Connaissance des performances et du comportement thermique de bâtiments types du centre ancien de Bayonne, SIMULATIONS THERMIQUES DYNAMIQUES DU 22, RUE BOURGNEUF - Synthèse VILLE DE BAYONNE/ADEME Le contexte : L immeuble du 22, rue Bourgneuf est situé dans le quartier du Petit Bayonne, à l angle de deux rues. Construit au XVIIIème siècle, mais largement modifié au XIXème, cet immeuble est représentatif de l architecture domestique du vieux Bayonne. Il possède une étroite façade en pans de bois enduits sur la rue Bourgneuf et présente un long pan en pierre, également enduit sur la venelle (rue Saubiole). Il développe environ 730 m² habitables sur 5 étages. Son escalier balancé est caractéristique des ouvrages menuisés du XIXème siècle. Cet immeuble fait l objet d un programme de restauration de 9 logements mené par la Financière Magellan, qui a accepté, à la demande de la Ville de Bayonne, de se prêter à plusieurs études techniques, parmi lesquelles une simulation thermique dynamique. L architecte de l opération, est Antoine Bruguerolle. 1/8

2 Les objectifs de cette étude étaient :. - d établir la réalité énergétique d un bâtiment représentatif du centre ancien, en analysant sa performance énergétique en l état, et après travaux de restauration. - de déterminer l impact énergétique et économique de plusieurs options techniques (en matière d isolation, de vitrage, de ventilation) Trois scénari de rénovation thermique ont été mis à l étude : - le tout isolation : création de volumes isolés au sein de l enveloppe d origine (laine minérale + BA13 sur tous les murs et plafonds, y compris murs mitoyens), C est le scénario le plus communément mis en œuvre dans tous les centres anciens de France et de Navarre depuis des années, - une isolation partielle avec conservation des murs en maçonnerie lourde (y compris murs donnant sur l extérieur) avec enduit de type chaux-chanvre pour réduire l effet de paroi froide, isolation des murs en pan de bois par panneaux de laine de bois avec parement de finition à définir. - une isolation partielle avec conservation des murs en maçonnerie lourde (y compris murs donnant sur l extérieur) avec enduit de type chaux-chanvre pour réduire l effet de paroi froide, isolation des murs en liège expansé avec un parement intérieur de finition à définir. Chacun de ces scénari se décline avec une variante de menuiserie isolante ou menuiserie d origine combinée avec une variante VMC double ou simple flux. SCENARIOS VARIANTES Type d'isolation Type de fenêtre Ventilation I Doublage total Laine de verre 1 Fenêtre simple vitrage restaurée Simple flux Tous les murs sont isolés par 10cm de laine de verre 2 Fenêtre neuve double vitrage Simple flux 3 Double fenêtre Simple flux Voir schéma ci après 4 Fenêtre neuve double vitrage Double flux 5 Double fenêtre Double flux II Isolation différentiée 1 Fenêtre simple vitrage restaurée Simple flux 10 cm Laine de bois sur pans de bois 2 Fenêtre neuve double vitrage Simple flux 3 cm d'enduit chaux chanvre sur maçonnerie 3 Double fenêtre Simple flux Voir schéma page suivante 4 Fenêtre neuve double vitrage Double flux 5 Double fenêtre Double flux III Isolation différentiée 1 Fenêtre simple vitrage restaurée Simple flux 10 cm liège sur pans de bois 2 Fenêtre neuve double vitrage Simple flux 3 cm chaux chanvre sur maçonnerie 3 Double fenêtre Simple flux Voir schéma page suivante 4 Fenêtre neuve double vitrage Double Flux 5 Double fenêtre Double Flux 2/8

3 Le bureau d étude NEOTIM a réalisé les simulations thermiques dynamiques du bâtiment selon ces 3 scénarii. SCENARIO I : isolation de tous les murs sans distinction de nature. Les SCENARIOS II et III sont fondés sur le même principe : seuls les murs «légers» (en l occurrence le mur en pan de bois) sont isolés. Les murs lourds, capables d emmagasiner la chaleur l hiver et de conserver la fraicheur l été (capacité d inertie qui limite les variations de température du bâtiment, à la baisse ou à la hausse en fonction de la température extérieure), ainsi que les murs mitoyens qui d une part ne sont pas déperditifs (puisqu il donnent sur des locaux a priori chauffés) et d autre part, participent à l inertie du bâtiment. 3/8

4 Il était demandé à NEOTIM de dégager clairement des critères de choix pour les travaux de restauration en fonction : - des performances énergétiques, (minimiser les consommations d énergie) - du confort de l usager, - de la compatibilité des techniques avec les exigences de respect du patrimoine, - des estimations des travaux en coût global (investissement initial + charges d utilisation et d entretien, en tenant compte des conditions économiques et fiscales actuelles). En quoi consiste une Simulation Thermique Dynamique (S.T.D.)? Le bâtiment est modélisé et divisé en différentes zones dont on va suivre l évolution des températures dans le temps. Ces zones sont définies en fonction de leur type d occupation (pièces de vies/ pièces humides ) de leur exposition au soleil, de l étage Sont ensuite définis des scénarios d occupation et de fonctionnement : on fait par exemple l hypothèse qu en semaine, les logements sont occupés 7j/7, de 19H à 8H du matin, en permanence les week-ends, que les occupants utilisent leur four en moyenne 1H par jour, un ordinateur 2H/jours, un réfrigérateur 24H/24, la télévision 5H/ jour 4/8

5 Comment le bâtiment répond-il aux changements de températures extérieurs? Le but de la simulation thermique dynamique est de déterminer les besoins de chauffage (et de climatisation) en fonction du comportement de l enveloppe bâtie, face aux variations de la température extérieure. Les modes de chauffage (radiateurs électriques, chaudière à gaz, à bois ou au fuel ) n entrent absolument pas en ligne de compte : ce sont les caractéristiques de l enveloppe bâtie que l on étudie, à savoir : - la résistance thermique de l enveloppe, c'est-à-dire la capacité des différentes parois à s opposer au passage des calories de l intérieur vers l extérieur en hiver, et de l extérieur vers l intérieur en été, - l inertie du bâtiment et ses capacités de déphasage, c'est-à-dire la capacité des parois à stocker la chaleur ou la fraicheur et à retarder l effet des influences extérieures (pics de températures ) - la perméabilité à l air du bâtiment (les fuites d air non contrôlées par les fenêtres, les cheminées, les gaines techniques, ou la ventilation contrôlée). La simulation thermique dynamique permet de suivre heure par heure, et zone par zone, les variations de températures intérieures, en fonction des variations météorologiques. On en déduit les besoins de chauffages nécessaires au maintien d une température de confort (19 C). 5/8

6 Les résultats : Le tableau ci-dessus apporte plusieurs types d informations : 1 er enseignement : Il porte sur la consommation d énergie primaire nécessaire pour satisfaire les besoins de chauffage du bâtiment selon les différents scénari d isolation ; Pour chaque scénario, on constate 2 grands sauts quantitatifs dans les besoins de chauffage : 1 er saut quantitatif : Traitement des fenêtres Les besoins de chauffage sont divisés par 3 (dans le scénario1) ou par 2 (scénarios 2 et lorsque l on procède à l amélioration des fenêtres, soit par remplacement des fenêtres soit par ajout de doubles fenêtres. Ces résultats sont dus : - à l amélioration de l étanchéité à l air (qui reste parfaitement théorique si les nouvelles fenêtres ne sont pas soigneusement mise en œuvre, ce qui reste malheureusement une réalité très courante), - à la réduction de la transmission thermique des vitrages (les fameux coefficients Ug, qui doivent être les plus faibles possible). 2d saut quantitatif : Amélioration de la ventilation mécanique On divise de nouveau les besoins de chauffage par 2 lorsque, pour chacun des scénarios, on installe une ventilation mécanique contrôlée à double flux à la place d une ventilation simple flux. 6/8

7 Quelle est la différence entre ces deux types de ventilation? Dans le cas d une V.M.C. simple flux, un ventilateur aspire de l air neuf, qui entre par des bouches d aération généralement placées en haut des fenêtres des pièces principales (séjour et chambres). Cet air entre dans le logement à la température de l extérieur. Il est ensuite aspiré par des bouches de ventilation situées dans les pièces humiques (cuisine, salles de bain, WC). Dans le cas d une VMC à double flux, l air aspiré dans le logement va céder ses calories à de l air neuf entrant par l intermédiaire d un échangeur. L air neuf arrive ainsi préchauffé dans le logement. A la lecture des seuls besoins de chauffage, ces solutions semblent encourageantes. Il convient néanmoins de nuancer ces résultats : - d une part, il est nécessaire d ajouter aux consommations de chauffage les consommations électriques liées au fonctionnement de la VMC à double flux, - -d autre part, son prix et sa complexité d installation ne présentent pas encore de rentabilité suffisante (pour les systèmes qui ont été analysés dans le cadre de cette étude). 2d enseignement : Il porte sur la prise en considération du confort d été. La colonne orange indique la moyenne de taux d inconfort, en pourcentage. Par taux d inconfort, on entend le pourcentage de temps durant lequel le logement est occupé en période l été (du de juin à fin septembre) et durant lequel l habitant devra subir une température supérieure à 27 C, considérée comme température d inconfort. A titre d exemple, on lit sur le graphique suivant le nombre d heures d occupation passé au dessus de telle ou telle température (en nombre d heures cumulées). Il faut donc comprendre en regardant le tableau suivant, que dans un logement situé au 5 ème étage, tout isolé en laine de verre, l habitant devra subir à plus de 50% de son temps des températures supérieures à 27 C, alors que si les murs en pierre n étaient pas isolés, il ne subirait de telles températures «que» 25% de son temps d occupation. 7/8

8 On peut en sorte conclure que ce logement, à qui l on conserve sa capacité de stocker la fraîcheur (grâce à l inertie naturelle des murs lourds) est deux fois plus confortable en été, qu un logement que le même logement que l on aurait isolé intégralement comme une bouteille thermos. Il apparait également que des solutions de double menuiserie, qui limitent les apports solaires, sont favorables au confort d été, sans pour autant pénaliser les performances d hiver (la différence entre les besoins de chauffage avec fenêtres à double vitrage et les besoins de chauffage avec doubles fenêtres peut-être considérée comme marginale). Les conclusions : La restauration du 22 rue Bourgneuf permet de démontrer que la protection du patrimoine historique ne fait pas obstacle à l amélioration du confort des logements ni à la réalisation d économie d énergie. L architecte a recherché les solutions les plus performantes pour obtenir l enveloppe bâtie la plus sobre possible. Il a également recherché les solutions de chauffage et de production d eau chaude sanitaire les plus performantes et s est orienté vers une solution de chaudière gaz collective (chaudière à condensation). L ensemble de ces solutions (sobriété de l enveloppe + efficacité des systèmes de production de chaud) permettent d espérer une consommation annuelle d énergie d environ 4O kwh/m², si l on se réfère aux étiquettes énergétiques (étiquette A), bien meilleure que celle du label BBC. Mais la performance n est pas tout. Ce bâtiment devrait en outre proposer à ses habitants un bien meilleur confort d été que les immeubles rénovés selon les techniques habituelles (isolation totale en laine minérale). 8/8

9 Les clefs de cette réussite? Eviter les solutions standardisées et s appuyer sur les qualités d origine du bâtiment ancien. L architecte a misé tout d abord la fois sur la qualité de l isolation, en isolant les murs légers (les pans de bois) et en n isolant pas les murs lourds qui ont la capacité de stocker la chaleur l hiver et la fraicheur l été. Un simple enduit à base de chaux et de chanvre permet éviter aux occupants une sensation de froid. Une fois les travaux de restauration achevés, les résultats de cette étude seront confrontés à une campagne de mesure in-situ pour confirmer ces hypothèses. L intégralité de l étude réalisée par NEOTIM est disponible en PDF (2Mo) sur le site Agenda 21 de Bayonne : 9/8