Complexité du bâtiment durable

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1 Complexité du bâtiment durable Richard CANTIN, Pierre MICHEL Ecole Nationale des Travaux Publics de l Etat, Laboratoire des Sciences de l Habitat, Université de Lyon, rue Maurice Audin, Vaulx en Velin, France richard.cantin@entpe.fr pierre.michel@entpe.fr Résumé En France, le secteur du bâtiment est le secteur le plus consommateur d énergie. Or, les exigences énergétiques, sociales, économiques et environnementales sont de plus en plus pressantes et obligent les acteurs du secteur à repenser la conception et la réhabilitation des bâtiments. Cependant, le bâtiment est un objet complexe qui réunit de multiples corps de métiers. Autour de chaque projet architectural et technique, un nouveau groupe d acteurs doit se constituer pour réaliser une liste de travaux décomposés en différents lots techniques : fondations, gros œuvre, étanchéité, charpente, menuiserie, serrurerie, cloison, plomberie, chauffage, ventilation, électricité, etc. Le bâtiment achevé compte alors un très grand nombre d éléments qui sont assemblés, liés les uns aux autres, et interdépendants. Par ailleurs, s il faut maîtriser l impact du bâtiment sur l environnement extérieur, il est nécessaire de créer simultanément un environnement intérieur sain et confortable. Le bâtiment étant construit et réhabilité pour durer et répondre aux attentes de plusieurs générations d habitants, la création d un habitat est un acte de prospective. Ainsi, en considérant l occupant, la notion d habitat émerge du bâtiment. Abri, protection, symbole, patrimoine, espace organisé, les rapports à l habitat de l être humain sont multiples et complexes. Se posent les questions de transformation des pratiques, et l acquisition de nouveaux savoirs pour affronter la complexité du bâtiment répondant à une logique de développement durable. Par une approche systémique, cet article traite de la complexité du bâtiment durable de façon pédagogique et pragmatique. Mots clés bâtiment construction - développement durable environnement systémique espace - temps

2 Introduction En 1987, le rapport Brundtland précise que le développement durable est un développement qui répond aux besoins du présent sans compromettre la capacité des générations futures à satisfaire les leurs. Il fait référence à une approche transversale et systémique, une coordination du local et du global, et une articulation du court et du long terme. Pour l ensemble des acteurs, il s agit alors de prendre des décisions et trouver des pratiques intégrant à parts égales trois objectifs, performances ou responsabilités dans les domaines économique, social et environnemental (Ducroux, 2002). Pour le secteur du bâtiment, qui, en France, est le secteur le plus consommateur d énergie, les exigences du développement durable constituent, en raison de leur multiplicité, de leur variété et des hauts niveaux de performances recherchés, de véritables défis pour les professionnels : haute qualité environnementale, réduction drastique des consommations énergétiques, réduction des émissions de gaz à effet de serre, intégration de nouvelles technologies et recours aux énergies renouvelables, réduction des dépenses et amélioration du pouvoir d achat des ménages, etc. Les difficultés rencontrées par les professionnels du secteur pour relever ces nouveaux défis montrent comment concevoir et réaliser un bâtiment durable est complexe. Comment maîtriser simultanément l impact du bâtiment sur l environnement extérieur et créer un environnement intérieur sain et confortable? Se posent des questions de transformation des pratiques, et d acquisition de nouveaux savoirs. Concevoir et réaliser un bâtiment dans une logique de développement durable, c est considérer que des changements irréversibles affectent le bâtiment et ses environnements, dans la forme, dans l espace et dans le temps. Cet article présente quelques aspects de cette complexité du bâtiment durable à l aide d exemples pédagogiques et pragmatiques. Après avoir esquissé une approche ontologique du bâtiment, les spatialités et les temporalités multiples sont brièvement explorées. Enfin, quelques éléments de problématisation de cette complexité sont mis en exergue. Ontologie du bâtiment : vers une approche systémique L étude du bâtiment fait appel à un ensemble de connaissances dans des domaines variés, qui peuvent être concrets ou abstraits. Définir la nature précise du 2/11

3 bâtiment renvoie donc à toutes les difficultés de compréhension (flou, incertain, imprévisible, ambiguë, aléatoire) posées par l'appréhension d'une réalité complexe et qui se traduisent en fait pour l'observateur par un manque d'information (accessible ou non) (Donnadieu et al. 2003). Pour affronter cette complexité, il est possible de recourir à différents concepts fondamentaux de la systémique : système, interaction, globalité, etc. Ainsi, d un point de vue macroscopique, le bâtiment peut être défini comme un système socio-économique dont le devenir est dépendant des évolutions de ses environnements économiques, sociaux, énergétiques, climatiques, etc. Une analyse structurelle permet de se doter d une représentation du bâtiment et de réduire la complexité du système bâtiment à quelques variables essentielles (ADEME, CSTB, 1992). Cette analyse permet d élaborer un diagramme causal en structurant les relations d influence entre les variables (Figure 1). Nouveaux servi ces Croi ssance Démographi e Modes de vi e et d' habit er Rôl e de l' Europe Struct ure des entrepri ses Marché du neuf et de l a réhabilit ati on Conf ort Géni e des mat éri aux Att ent es des popul ati ons Environnement et cadre de vi e Procédés constructif s Recherche et dével oppement Equi pements i nt ernes Effi cacit é énergéti que Cycl e de vi e des bâti ment s Besoi ns spécifi ques Figure 1. Diagramme causal simplifié du système macroscopique bâtiment Le diagramme constitué des variables en interaction permet de caractériser le bâtiment face à son environnement général. L interconnexion des variables implique une notion d influence spatiale, qui s exerce et se modifie dans le temps. La connaissance de l activité du bâtiment conduit à une définition sectorielle du bâtiment. Ainsi, le secteur résidentiel français est défini quantitativement par 32 millions de logements, et le secteur tertiaire par environ 800 millions de m² d immeubles de bureaux chauffés ou climatisés, de commerces, d équipements 3/11

4 publics ou privés, etc. (Plan Bâtiment Grenelle, 2010). Différents types de bâtiments sont ensuite distingués: bureaux administratifs, cafés, hôtels, restaurants, habitations communautaires, santé, action sociale, enseignement, recherche, sport, culture, équipements collectifs, etc. D un point de vue microscopique, le bâtiment est une notion polysémique désignant à la fois une habitation, un abri, une construction, un édifice, ou un immeuble. A l échelle du quartier ou de la ville, il est un élément du tissu urbain. Ses relations avec ses environnements urbains, économiques ou sociaux sont nombreuses et traduisent un rapport permanent et fort à ces environnements. Il mobilise de nombreux corps de métiers ayant chacun leurs spécialités, leurs techniques, leurs opinions et leurs objectifs. Ils sont réunis à l occasion d une opération de construction unique, un bâtiment. Considéré comme un objet, le bâtiment est un ensemble stable par lui-même (structure et ossature) et vis-à-vis du sol sur lequel il repose (les fondations), limité et clos par une enveloppe (parois extérieures), protégeant un milieu intérieur corrigé (agencement intérieur, équipements techniques) du milieu extérieur hostile (intempéries). Le projet constructif donne une cohérence aux différents éléments qui forment un tout, un bâtiment. Le déplacement épistémologique du regard portant sur des objets architecturaux ou sur la conception des objets architecturaux conduit à distinguer la réaction perceptive d une complexité ou d une simplicité apparente d un bâtiment selon le point de vue de l observateur. Un opéra est-il plus complexe ou plus simple qu un gratte-ciel? La complexité du bâtiment en tant qu objet conçu procède de différents niveaux considérés comme pertinents par l observateur, et de la façon dont il va découper l objet (Boudon, 1990). Proposer une définition du bâtiment conduit nécessairement à considérer plusieurs représentations, une variété importante d éléments, des interactions entre ces éléments, et la rencontre d un grand nombre de points de vue. L ensemble formé par le bâtiment est plus que la somme des parties, et en considérant l occupant, la notion d habitat émerge de l objet bâtiment et fait alors référence à un espace de vie. En ce sens, le bâtiment durable est un système, défini par exemple comme un ensemble d unités en interrelations mutuelles (von Bertalanffy, 2002) ou, une unité globale organisée d interrelations entre éléments, actions ou individus (Morin, 1977). 4/11

5 Spatialités multiples : coordination du local et du global La problématisation de la coordination du local et du global pour le bâtiment durable peut être abordée selon différentes spatialités. En effet, l étude de la somme des parties peut s envisager à partir du découpage de l ensemble. Les différents acteurs du bâtiment ont recours à plusieurs découpages, chacun d eux dépendant d un point de vue et d une intention par rapport au bâtiment. S il s agit d ordonner les tâches sur le chantier, celles-ci seront découpées par séquences correspondant aux états d avancement successifs : dalle de plancher (qui fait appel, à la fois, au maçon, à l électricien, au chauffagiste, etc.), le toit (réclamant le charpentier, le couvreur, le zingueur, etc.). S il s agit de décrire le bâtiment dans une encyclopédie, celui-ci sera découpé par sous-ensembles spatiaux : les combles, les murs, les baies, etc. (Paulin, 2007). Et, s il s agit de distribuer le travail aux entreprises exécutantes, chacune selon ses compétences, le bâtiment sera découpé par lots techniques (Tableau 1). Ces découpages renvoient à des représentations et modèles différents du bâtiment, à des points de vue propres à chaque observateur. S il s agit de découper les champs épistémologiques et praxéologiques des différents acteurs de la construction ou de la réhabilitation, la relation ou l action d influence que chaque acteur peut exercer sur les autres acteurs est à considérer. Chaque valeur explicative des découpages possibles résulte à la fois du modèle et de l échelle considérés. Ce qui est mesuré le modèle s articule avec ce qui lui confère la mesure - l échelle. Ainsi, la notion d échelle émerge des spatialités. Plusieurs échelles architecturologiques (Tableau 2) témoignent de la diversité des classes réunissant des opérations variées renvoyant à une pertinence homogène (Boudon, 2000). Ce qui importe est la compréhension des phénomènes en jeu dans la complexité du bâtiment durable. Ainsi, le terme de pertinence de l échelle fait référence au découpage et au dimensionnement. Le choix des unités de mesure, des critères, des indicateurs, le choix des objets à mesurer, et le choix d espaces de référence significatifs doivent être pertinents et cohérents. Les nombreuses relations que peut avoir l occupant avec ses environnements sont à modéliser et à évaluer. 5/11

6 Maître d ouvrage Architecte Bureau d Etudes Techniques (BET) : structure Ordonnancement, pilotage, coordination Bureau de contrôle Mandataire Economiste Bureau d Etudes Techniques : fluides BET : voirie, réseaux, divers Coordinateur Sécurité Protection Santé Lot 01 : Démolition Désamiantage Lot 17 : Appareils élévateurs Lot 02 : Bâtiments préfabriqués Lot 18 : Façades Lot 03 : Terrassements généraux Lot 19 : Nettoyage Lot 04 : Fondations spéciales Lot 20 : Plomberie-sanitaires Lot 05 : Maçonnerie gros œuvre Lot 21 : Chauffage Lot 06 : Etanchéité Lot 22 : Paillasses Lot 07 : Charpente bois Lot 23 : Courants forts Lot 08 : Couvertures métalliques Lot 24 : Gestion technique centralisée Lot 09 : Bardage Lot 25 : Infrastructure communication Lot 10 : Menuiseries extérieures Lot 26 : Courants faibles - téléphone Lot 11 : Métalleries serrureries Lot 27 : Equipement cuisine inox Lot 12 : Cloisons doublages Lot 28 : Equipement frigorifique Lot 13 : Peintures revêtements muraux Lot 29 : Equipement distribution self Lot 14 : Sols souples Lot 30 : Equipement laverie vaisselle Lot 15 : Carrelages Lot 31 : VRD Espaces verts Lot 16 : Plafonds suspendus Lot 32 : Gestion des déchets Tableau 1. Exemple de lots définis lors d un chantier Avec l émergence du développement durable, les besoins de mesurer et de maîtriser de nouvelles spatialités du bâtiment apparaissent plus pressants. Les modèles et les échelles se multiplient, se superposent, se mélangent au risque de compromettre la pertinence homogène d une vision cohérente du bâtiment durable. Labels, standards, certifications, normes, référentiels, réglementations, indicateurs, indices, etc. se multiplient : bâtiment HQE, BREEAM, LEED, BBC, Bâtiment à énergie positive, Effinergie, Minergie, PassivHauss, Qualitel, ISO 14001, empreinte écologique, bilan carbone, analyse du cycle de vie, etc. Des outils de mesures, traduits par des logiciels de calcul ou de simulation, tentent d associer ces différents modèles. Cependant, ils dépendent des observations, des représentations, des échelles et des découpages de la réalité, et fournissent donc plusieurs évaluations, plus ou moins pertinentes, d un seul bâtiment. 6/11

7 Echelle technique fonctionnelle symbolique de voisinage parcellaire géographique de visibilité optique socioculturelle sémantique d extension économique géométrique cartographique humaine Pertinence de l échelle concerne l ensemble des savoirs et savoir-faire, tant techniques que constructifs, pour occuper l espace donne une mesure de l espace à l aide de la destination, de l utilisation, de la destination, de l usage. fournit une grandeur porteuse d un sens avec un contenu spirituel clairement identifiable. attribue des mesures par contiguïté induisant une continuité ou discontinuité spatiale s appuie sur les limites du terrain renseigne l orientation, les données climatiques, la situation du terrain situe le bâtiment de telle manière qu il soit vu ou qu il ait vue tient compte d un point de vue pour donner une mesure prend en compte des conventions, des formes traditionnelles et autres héritages socioculturels effectue des opérations de dimensionnement, de découpage suggéré par des mots ou expressions verbales intègre un devenir futur met en relation les coûts s appuie sur des considérations géométriques établit le rapport d une mesure dans l espace de représentation met en relation l espace avec la forme, la taille et les dimensions du corps humain Tableau 2. Quelques échelles architecturologiques (Boudon, 2000) Ces évaluations produisent d importantes bases de données, souvent compartimentées selon des points de vue différents, dans des champs disciplinaires étroits et fermés. Il est alors difficile d exploiter des données organisées selon des domaines structurellement hiérarchisés (matériaux, composants, éléments, soussystèmes, systèmes) correspondant à des essences et des matières hétérogènes (physique, environnement, mécanique, biologie, économie, social, etc.). Ces découpages conduisent nécessairement à des actions mutilantes (Morin, 2005), qui ne permettent plus de conserver en permanence en mémoire le caractère global du bâtiment durable. L hyper simplification, la segmentation ou spécialisation est réductrice. Elle rend aveugle à la complexité du réel, et la simple addition de spatialités propres à chaque partie ne procure généralement pas une représentation globale du bâtiment durable. 7/11

8 Temporalités multiples : articulation du court et du long terme Selon la définition du développement durable, le bâtiment durable fait référence à une échelle temporelle relative à des générations et à des futurs possibles. Le bâtiment étant construit et réhabilité pour durer et répondre aux attentes de plusieurs générations d habitants, la création ou la transformation d un habitat est un acte de prospective. Mais la conscience du futur est différente selon les individus, les groupes et les sociétés. Il est comme une construction, un modèle ou une représentation produite par des conditions historiques. Des réalités physiques et économiques sont en jeu, mais aussi des réalités psychoculturelles, objets de représentations, de modèles, de croyances et de désirs. Par exemple, la notion de cycle de vie du bâtiment propose un futur cyclique alors que le coût global fait référence à un futur linéaire, sorte de chemin fléché vers l avenir avec un commencement et une fin. Cependant, l histoire de l architecture montre que le bâtiment est fortement lié au temps. Les styles, périodes, courants, techniques, etc. sont nombreux. Les rythmes en architecture, les rythmes pour l occupant (rythme biologique, temps de visite, pas humain, déambulation, dialectique du dehors et du dedans, etc.) sont multiples. Les temporalités peuvent couvrir pour les éléments du bâtiment des échelles différentes : quelques secondes (calculs numériques), quelques minutes (intervention, entretien), quelques heures (occupation des lieux), quelques semaines ou mois (période de chauffage), quelques années (remboursement d un emprunt), plusieurs décennies (durée de vie d une charpente), voire le siècle ou plusieurs générations (durée de vie d un bâtiment historique). La prise en compte du temps est source de deux difficultés majeures, interdépendantes, pour les acteurs du bâtiment. La première difficulté a trait au choix de l horizon, la seconde concerne l évolution temporelle des caractéristiques du bâtiment et plus particulièrement l existence de ruptures. Quel horizon donner à l étude du bâtiment durable? Entre une entreprise privée, intéressée par des problématiques commerciales, et une administration publique, devant intégrer dans sa réflexion l intérêt collectif à long terme, le choix de l horizon peut être différent. Croissances démographiques, fluctuations économiques, changements climatiques et innovations technologiques n ont pas les mêmes fréquences, inerties, périodes, etc. Privilégier l évaluation économique crée une contrainte forte sur le choix d un horizon alors déterminé à partir d indicateurs financiers: coût d investissement, coût différé, coût global, tarifs, factures, taux d intérêt, etc. Le découpage temporel induit par l approche économique n est pas 8/11

9 adapté au long terme (plusieurs décennies), horizon à considérer pour le bâtiment durable. Si le système bâtiment est tenu pour invariant dans une période considérée, les futurs possibles peuvent être estimés, mais la perception de l horizon par un observateur se détache difficilement du passé proche. Il convient alors pour les acteurs du bâtiment de veiller à explorer la dynamique du système sur le long terme. S il n existe pas d équation de détermination de l horizon d étude, les inerties des facteurs d évolution du bâtiment et de ses environnements, les moyens d action, les capacités d adaptation et la prise de responsabilité des acteurs du bâtiment sont des paramètres permettant d estimer cet horizon. Une autre difficulté des temporalités du bâtiment durable consiste à anticiper les ruptures dans l évolution du bâtiment. Ainsi, la réhabilitation est un exemple de rupture impactant la durée de vie du bâtiment (Figure 2). Performances Plages d intervention optimales Réhabilitations Temps Durée de vie sans intervention Variation possible de la durée de vie Figure 2. Courbes de durée de vie avec 2 réhabilitations La réhabilitation s inscrit dans le cycle de vie du bâtiment. L entretien, la maintenance, la réparation, la réhabilitation, la restauration et la rénovation traduisent diverses temporalités du bâtiment avec des plages d intervention optimales. Le bâtiment durable est un système occupé, actif, organisé, structuré, fonctionne et se transforme, dans des environnements changeants. Les changements annoncent le mouvement, la dynamique du bâtiment. Ils impliquent l analyse des facteurs qui créent le changement, ou s opposent au changement. Ils exigent une compréhension des phénomènes et de leurs causes, cadre d une complexité dynamique du bâtiment durable. Complétée par une veille permanente, l estimation des cycles de vie des éléments constituant le bâtiment permet d anticiper les ruptures. Avec de nouvelles exigences réglementaires, environnementales, techniques, etc. les savoirs et les 9/11

10 pratiques relatifs aux éléments constitutifs du bâtiment ont besoin d être en permanence actualisés. L adaptation répond à ce besoin d actualisation, à des changements de projets ou à des changements d environnements. Différents modes d adaptation du bâtiment durable sont indissociables du comportement de l occupant et des professionnels. Ils permettent d anticiper une possible rupture temporelle dans le cycle de vie du bâtiment: - adaptation intrinsèque: réponse possible et satisfaisante à des variations des conditions environnementales, sociales, économiques ou autres, par une modification interne de la structure ou du fonctionnement du système; - adaptation par changement d état : changement d affectation, nouveaux services; - adaptation par migration : habitation modulaire, habitation nomade, déplacement; - adaptation par construction : modification du clos, du couvert. Les plages d intervention optimales peuvent être estimées à partir d une connaissance des temporalités correspondant à une baisse des performances, au vieillissement et à la dégradation des éléments du système bâtiment. Au fil du temps, l entropie du système augmente conduisant à une dégradation de l énergie, de l ordre et de l organisation du bâtiment. Conclusion Prendre en compte les exigences pluridisciplinaires du développement durable pour le bâtiment mène rapidement à traiter de la complexification de problématiques décisionnelles en conception et réhabilitation. Il ne s agit plus seulement de travailler sur l objet bâtiment, mais de comprendre sa nature pour le faire évoluer. L approche systémique contribue à une réduction de la complexité du bâtiment durable. Elle intègre la variété des points de vue des divers acteurs confrontés à cette complexité. Elle apporte les concepts fondamentaux pour préciser les relations entre le local et le global, entre le court terme et le long terme, entre l habitat et l occupant, entre le bâtiment et ses environnements. Les besoins pour les professionnels de concevoir un bâtiment durable et de le gérer exigent de pouvoir modéliser, mesurer, optimiser et évaluer en fonction de l espace et du temps. L exploration des différentes spatialités montre la multiplicité des découpages possibles du bâtiment, des modèles, des échelles. L exploration des temporalités permet de situer le bâtiment dans une histoire, dans le long terme en 10/11

11 anticipant des ruptures possibles. Avec le bâtiment durable, l espace et le temps ne sont plus des entités absolues et indépendantes. A la fois clos et ouvert, le bâtiment durable est un système hypercomplexe (Donnadieu et Karsky, 2004). Artificiel et humain, il est hybride et les dimensions techniques et humaines sont intimement mêlées. Le bâtiment durable est un lieu de mémoire, avec une relation «espace-temps» complexe entre l homme et son environnement. En France, et partout dans le monde, les bâtiments et monuments anciens sont peut être des exemples de bâtiments durables, témoins privilégiés de la vie de leurs occupants. L histoire du bâtiment durable se confond avec celle des habitants qui y ont vécu. Ainsi, dresser l histoire et les futurs possibles du bâtiment durable à partir des spatialités et des temporalités, c est aussi établir la généalogie des habitants. Bibliographie ADEME, CSTB (1992). Bâtiment Quels bâtiments pour l avenir? Les principaux facteurs d évolution du secteur bâtiment. Sophia-Antipolis : ADEME-CSTB. Boudon, P. (1990). Simplicités et complexités en architecture, Le Corbusier. Revue Internationale de Systémique - Systémique et Complexité. Paris : Afcet, Dunod. Boudon, P. Deshayes, P. Pousin, F. Schatz, F. (2000). Enseigner la conception architecturale. Paris : Editions de la Vilette. Donnadieu, G. Durand, D. Neel, D. Nunez, E Saint-Paul, L. (2003). L'Approche systémique : de quoi s'agit-il? AFSCET «Diffusion de la pensée systémique». Donnadieu, G. Karsky, M. (2004). La systémique, penser et agir dans la complexité. Rueil-Malmaison : Editions Liaisons. Ducroux, A.M. (2002). Les nouveaux utopistes du développement durable. Paris : Editions Autrement. Le Moigne, J.L. (1994). La théorie du système général. Paris : PUF. Le Moigne, J.L. (1995). La modélisation des systèmes complexes. Paris : Dunod. Morin, E. (1977). La méthode. La nature de la nature. Paris. Editions du Seuil. Morin, E. (2005). Introduction à la pensée complexe. Paris : Editions du Seuil. Paulin, M. (2007). Construction et projet constructif. Lyon : ENSAL. Plan Bâtiment Grenelle (2010). Rapport d activité Paris : Ministère de l Ecologie, de l Energie, du Développement Durable et de la Mer. Von Bertalanffy, L. (2002). Théorie générale des systèmes. Paris :Dunod. 11/11