Durabilité dans la branche

Économiser de l’énergie par de nouveaux concepts

Texte : Markus Hoeft / Photos : diverse

Il y a encore peu, l’efficacité énergétique des bâtiments était principalement considérée sous l’angle du coefficient de transmission thermique (valeur U) de l’enveloppe. Dans les années 1990 et 2000, ce sont surtout les valeurs λ des matériaux et les valeurs U des éléments de construction qui ont été améliorées.
Les profilés de façade ont notamment profité de l’introduction de la séparation thermique avec entretoises en plastique et d’une géométrie des volumes de plus en plus sophistiquée. Le coefficient de transmission thermique Uf pour le cadre a ainsi diminué de 5 à 6 W/m²K à des valeurs qui peuvent aujourd’hui atteindre 0,7 W/m²K selon le produit et la géométrie.
Parallèlement aux profilés, les vitrages ont également bénéficié d’une optimisation énergétique. La baisse du coefficient Ug des verres isolants à double vitrage d’environ 2,7 W/m²K à 1,0 W/m²K aujourd’hui s’explique surtout par les revêtements à très faible émission (Low-E), l’utilisation de gaz nobles dans l’espace intercalaire et une amélioration des intercalaires (arête chaude). Un triple vitrage permet même d’atteindre 0,6 W/m²K.
L’évolution énergétique des profilés de façade et vitrages en quelques décennies est donc considérable. Les façades poteaux-traverses ont ainsi pu s’imposer dans la construction moderne à haute efficacité énergétique, où non seulement les exigences légales, mais aussi les attentes des maîtres d’ouvrage et de leurs architectes en matière d’isolation thermique n’ont cessé de croître. Mais on ne peut pas s’attendre à ce que le rythme de développement reste aussi élevé. Il y aura certes encore quelques améliorations de détail, mais dans une certaine mesure, les matériaux et constructions éprouvés devraient avoir atteint leurs limites de développement sur le plan de l’efficacité énergétique.
Aujourd’hui, les potentiels d’économie d’énergie et de réduction des émissions de CO2 des bâtiments reposent moins sur un seul élément de construction, comme la façade, que sur un concept global. Les composants techniques du bâtiment, tels que le chauffage, la ventilation, l’éclairage/l’apport en lumière naturelle, la protection solaire et, le cas échéant, le refroidissement naturel ou la climatisation, sont considérés dans leur interaction, automatisés dans des systèmes centralisés et gérés ainsi de manière optimale sur le plan énergétique. Dans la mesure du possible, des énergies renouvelables sont utilisées sur place, comme la géothermie ou l’électricité issue de panneaux photovoltaïques intégrés au bâtiment.
À première vue, ces développements semblent principalement porter sur des solutions de technique du bâtiment qui ne concernent pas directement la construction métallique et la construction de fenêtres. Dans les faits, ces concepts sont souvent liés à la construction de façades, par exemple pour les protections solaires, les installations photovoltaïques en façade ou les solutions d’aération par des sorties d’air avec échangeurs de chaleur ou fenêtres automatisées. La façade devient donc plus complexe, car elle ne se contente plus de protéger passivement contre les intempéries, mais fait partie intégrante du concept énergétique et de la technique du bâtiment.

 

Façades sous tension

La fonction énergétiquement active des façades modernes est particulièrement évidente dans le domaine du photovoltaïque intégré aux bâtiments, souvent abrégé en BIPV (Building-integrated Photovoltaics). Certes, les façades verticales n’ont pas l’angle d’inclinaison optimal par rapport au soleil, à savoir autour de 30 degrés. Mais dans de nombreux cas, elles offrent de très grandes surfaces pour la production d’énergie. En exagérant quelque peu, la perte qualitative est compensée par une grande quantité. Cela s’applique en particulier aux immeubles d’habitation ou de bureaux urbains de plusieurs étages.
Trois alternatives prédominent actuellement pour les installations photovoltaïques en façade :
1. en façade-rideau ventilée, principalement avec des modules cristallins,
2. intégrée à une façade poteaux-traverses également avec des modules cristallins comme éléments de construction opaques (non transparents), par exemple au niveau du garde-corps et
3. intégrée à une façade poteaux-traverses dotée de modules en couche mince semi-transparents qui réduisent légèrement l’incidence de la lumière et la visibilité, mais ne nuisent pas au caractère fondamentalement transparent de la façade en verre.
L’un des avantages de la première variante de façade-rideau ventilée (froide) réside précisément dans cette ventilation par l’arrière qui évite un réchauffement trop important des modules et garantit ainsi un degré d’efficacité élevé. À l’inverse, c’est précisément l’inconvénient de l’intégration de modules cristallins en façade chaude dans le garde-corps ou dans d’autres surfaces partielles qui ne sont pas nécessaires pour l’apport de lumière naturelle.
Pour les façades poteaux-traverses (chaudes), les modules semi-transparents à couche mince sont donc particulièrement intéressants, car ils sont moins sensibles à l’échauffement. Les modules sont intégrés dans une structure en verre isolant. Les différentes densités d’occupation des modules dans la surface vitrée permettent de contrôler la pénétration de la lumière naturelle et la visibilité. En outre, les modules font baisser la valeur g du vitrage, ce qui crée une certaine protection thermique supplémentaire. Un avantage pour la construction de façades réside certainement dans le fait que les vitrages avec modules sont en principe montés de la même manière que les vitrages simples. Seuls les raccordements électriques conformes ainsi que le cheminement technique et esthétique des câbles doivent être respectés.

 

Façades avec aération contrôlée

Une autre évolution importante est l’intégration croissante de la ventilation du bâtiment dans la façade. Il ne s’agit pas seulement de l’apport d’air frais, mais aussi d’aspects énergétiques. En effet, une ventilation incontrôlée par les fenêtres peut entraîner des pertes de chaleur considérables dans les pièces chauffées. De plus, l’ouverture des fenêtres est limitée en cas de pluie ou de tempête.
La ventilation contrôlée des locaux, qui garantit un apport continu en air frais et améliore considérablement le bilan énergétique grâce à la récupération de chaleur, offre une solution à ces difficultés. Les installations de ventilation centralisées tirent généralement l’air entrant et sortant de grands échangeurs thermiques sur le toit. Elles imposent toutefois un travail considérable d’installation et d’entretien des conduits de ventilation. C’est pourquoi l’idée est d’organiser une ventilation contrôlée avec récupération de chaleur par pièce sur la façade.
Pour la construction de façades, cela implique d’intégrer des éléments de ventilation sous forme de vantaux d’ouverture ou de clapets d’aération et, le cas échéant, de les combiner avec des échangeurs thermiques. Les façades doubles ont été conçues pour réduire l’influence de la pression du vent et des précipitations sur ces éléments de ventilation, avec une répartition sur deux niveaux des différentes fonctions de l’enveloppe extérieure. La plupart du temps, la façade intérieure assure une protection thermique en hiver et comprend les éléments de ventilation. L’enveloppe extérieure sert avant tout à la protection contre les intempéries et le bruit.
Comme pour le BIPV, le montage des façades doubles est plus complexe, mais la création de valeur en construction de façades augmente également, car deux niveaux séparés doivent être montés et dotés de leurs éléments fonctionnels respectifs. La diversité des éléments intégrés favorise la tendance aux façades modulaires, car le montage et le contrôle qualité des éléments individuels sont ainsi plus rationnels.
Les façades à cavités fermées (CCF) constituent la dernière innovation en date en matière de combinaison entre façade modulaire et façade double. Les éléments se composent d’enveloppes de façade intérieure et extérieure, entre lesquelles se trouve un espace entièrement encapsulé. Cet espace clos est alimenté en permanence en air séché et purifié, ce qui évite la formation de dépôts de saleté et de condensation (voir entretien avec Marco Theisinger).

 

En résumé, exploitez les potentiels de création de valeur

Aujourd’hui, l’efficacité énergétique des bâtiments modernes n’est plus uniquement déterminée par la qualité thermique de l’enveloppe du bâtiment. Au lieu de cela, on planifie des concepts globaux qui, outre l’isolation thermique des éléments de construction, tiennent compte des composants techniques du bâtiment tels que le chauffage, la ventilation et la protection solaire, et misent sur la production d’énergies renouvelables avec le bâtiment. Cela nécessite des solutions système telles que le photovoltaïque en façade (BIPV) ou les façades doubles avec fonctions de ventilation, qui rendent la construction de façades plus complexe, mais offrent aussi des options de spécialisation et un potentiel de création de valeur accru.  ■