Table Of ContentARCHITECTURE ET
, , ,
EFFICACITE ENERGETIQUE
PRINCIPES DE CONCEPTION
ET DE CONSTRUCTION
ROBERTO GONZALO
KARL J. HABERMANN
BIRKHAUSER
BASEL· BOSTON· BERLIN
SOMMAIRE
AVAN~PROPOS 5
LESORIGINESDELACONSTRUCTIONSOUCIEUSE
DESRESSOURCESETDE L'ENERGIE 7
URBANISMEENERGETIOUEMENTEFFICACE:PRINCIPESETSTRATEGIES 25
Situation dedepart 26
Developpement 28
Conditionsclimatiques 30
Typeset proportionsdebatiments 33
Orientationdubatiment 34
Densitedeconstruction 34
Desserte 35
Stationnement 38
Environnementetespaces libres 38
Aidesalaconception 40
Approvisionnementen energie 41
URBANISMEENERGETIOUEMENTEFFICACE:EXEMPLES 43
a
Construction demaisons passives: lotissementdemaisonsjumelees Kriens, 44
LischerPartnerArchitekten, Lucerne
Densification urbaine: maisonsen bandeaAffoltern, MetronArchitektur, Brugg 50
Comblementd'unedentcreuse: immeubled'habitation aMunich, 56
H2RArchitekten, Huther, Hebensperger-Huther,R6ttig, Munich
Reparation urbaine: immeubledebureauxetd'habitation aMunich, 62
Martin Pool, Munich
Comblementd'unedentcreuse: immeubledebureauxetdelogementsa 68
Wiesbaden,A-ZArchitekten, Wiesbaden
Construction delogementssociauxenergetiquementefficaces: 74
immeubled'habitation aMadrid, GuillermoYanez, Madrid
Requalification d'unefriche industrielle:campus universitaireaNottingham, 80
HopkinsArchitects, Londres
CONCEPTIONDEBATIMENTSENERGETIOUEMENTEFFICACES:
PRINCIPESETMESURES 87
Situation dedepartetperspectives 88
Construction delogementsenergetiquementefficaces 89
La piece 90
Proportionsdu batiment 91
Orientation d'un batiment 92
Fa((adessolaires 95
Espacesdetransition 98
Utilisation etbilan energetique 99
Rehabilitation energetiquementefficace 101
Rehabilitation au lieudeconstruction nouvelle: avantages 101
Conditionspourla rehabilitation 102
Isolationthermique 104
Ventilation 105
Systemedechauffage 106
Batimentsd'activitesenergetiquementefficaces 107
Exigences 107
Bilan energetique 107
Protection solaire 109
Eclairage naturel etartificiel 110
Ventilation etclimatisation 112
Activation thermique deselementsdu batiment 112
Fonctions mixtes 112
Batimentsculturelsenergetiquementefficacesetequipementspublics:specificites 113
CONCEPTIONDEBATIMENTSENERGETIQUEMENTEFFICACES: 115
EXEMPLES
Rehabilitation au standard basseenergieetmaison passive: residence 116
universitaireaWuppertal, PPp, Muller, Schluter
Utilisationflexible: batimentd'habitation etdebureauxaSchwarzach, 122
Christian Lenz, Hermann Kaufmann,Schwarzach
Systemevoisin delamaison passive: immeubledebureauxetde 128
logementsaSursee,Scheitlin-Syfrig +Partner, Lucerne
Fa~adesdifferenciees:complexedebureauxaDuisbourg, 134
SchusterArchitekten, Dusseldorf
Ventilation naturelled'unetour: batimentdebureauxaMunich, 140
HennArchitekten, Munich
Projectiond'ombreetguidagedela lumiere:complexedebureauxa 146
Wiesbaden,Thomas Herzog +Partner, Munich
a
Immeubledebureauxdurable: batimentdu Parlement Londres, 152
HopkinsArchitects, Londres
Ecologie integree: bureauxetateliersaWeidling, 158
GeorgW. Reinberg, Vienne
a
Batimentd'entrepriseau standard passif: immeubled'activites Steyr, 164
WalterUnterrainer,Feldkirch
Etablissementscolaireau label basseenergie: ecoledePichling, 170
Loudon +Habeler,Vienne
a
Batimentscolaireau standard passif: ecole Montessori Aufkirchen, 176
Walbrunn GrotzVallentin Loibl, Bockhorn
Projetdeconstruction participatif: collegeaGelsenkirchen, 182
plus+ bauplanung, Neckartenzlingen
a a
Reponse desconditionsextremes: etablissementscolaire Ladakh, 188
ArupAssociates, Londres
Systemed'eclairagenaturel reglable: museed'artaRiehen, 194
Renzo Piano BuildingWorkshop, Paris/Genes
CONCEPTIONDESDETAilSETAMENAGEMENTTECHNIQUE 201
ENERGETIQUEMENTEFFICACES
Dispositionsetmateriaux 202
Situationdedepart 202
Surfacesvitrees 202
Murs 202
Materiauxisolants 203
Inertiethermique 204
Perspectives 205
Conceptsdeventilation etsystemesenergetiques 206
Conceptsdeventilation 206
Zonesdeventilation 206
Installationsdeventilation avec recuperation dechaleur 206
Installationsdeventilationcentraliseesou decentralisees 207
Conceptsdechauffageetdeclimatisation:sourcesd'energie 207
Productioncombineedechaleuretd'electricite(cogeneration) 207
Combustiblesd'originevegetale(biomasse) 208
Energiesolairethermiqueetphotovolta'ique 208
a
Pompe chaleuretgroupefrigorifique 209
Rafraichissement 209
Systemesdechauffage 210
ANNEXES 211
Glossaire 212
Bibliographie 215
Institutions- Adresses utiles 216
Index 217
Intervenants 219
Credits iconographiques 221
AVANT-PROPOS
Les utopies et les experimentations sont des conceptiondebatimentsenergetiquementeffi
moteurs importants pour Ie developpement cacesjusqu'auxdetailsinnovants.D'importants
de nos technologies. Les visions de voyages chapitres sont consacres a des exemples soi
dans I'espace deJulesVerne sontentre-temps gneusement tries de projets novateurs en
devenues realite, tout comme celles d'Eugl'me Allemagne, enAutriche,enSuisse,en Espagne
Henard en matiered'urbanisme. L'ideedebati eten Grande-Bretagne. Dans Iecadre de I'aide
ments energetiquement autonomes reappa aux pays en developpement, on s'arretera sur
raitdefa90n recurrente depuisquelquetemps. un bel exemple d'architecture durable: I'ecole
Buckminster Fuller, Norman Foster et Richard Dans Ie ciel au Ladakh. La aussi, les resultats
Rogersdoiventetrecites ici. de la phase pionniere de I'utilisation de I'ener
gie solaire trouvent une reelle application. La
Apres la phase experimentale vient la mise en priseencomptedesressourcesdisponiblessur
pratiquedesdecouvertesconcluantes.L'objectif placeetde laconstructiontraditionnellelocale,
des auteurs est de faire concorder, d'une part, tres marquee par Ie rude climat, est un aspect
les connaissances disponibles et les innova essentiel de la construction energetiquement
tionsenphysiquedubatimentetentechniques efficace.
deconstructionet,d'autrepart,lesexperiences Nous avons aussi tente de faire un tres large
desnombreuxintervenantsdu BTP. eventaildesutilisationspossibles.Sanspreten
dre etre exhaustifs, nous avonsvoulu montrer
«II n'existe pas de style propre a la construc la multitude des solutions envisageables pour
tion econome en energie. Celle-ci ne reclame repondre auxdifferentessituations.
pasd'esthetiqueparticuliere, nimemederegie Nous tenons a remercier en priorite tous les
generale, juste une attitude respectueuse de collegues qui ont mis adisposition leursdocu
I'environnement (du moins qui ne Ie pollue mentsentouteconfiance,acceptelesentretiens
pas).» Ainsi s'exprimait Robert Kaltenbrunner et repondu a nos questions. Les ingenieurs
en 1993dansla revue Bauwelt. charges des realisations techniques et de fa
physique du batiment ont eux aussi permis
L'utilisation des documents originaux des la diffusion d'une grande quantite d'informa
architectestantdans la description des projets tions. Nous voudrions remercier en particulier
que dans les chapitres theoriques resulte d'un John Berry, Klaus Eggert, Helmut Krapmeier,
choixdelibere. Cestenfait laseule manierede Andreas Lackenbauer, Clemens Pollok,
restituer avec fidelite la marque personnelle Wolfgang Scholkopf, Peter Schossig, Matthias
de chacun. On maitrise maintenant assez bien Schuler, Michael Weese et Jan Wienold; sans
la CAO pour pouvoir y laisser son empreinte oublier nos epouses, Susana Gonzalo et Ulla
dans les documents graphiques. Ainsi ce livre Fulde-Habermann qui, par leurs conseils, leur
ne presente-t-il pas les informations detaillees aide et leur patience, ont permis a ce livre de
de fa90n uniforme. II est done important d'in paraitre.
sister sur Ie fait que, en matiere d'innovation,
reprendre des details de fa90n trop rapide et Munich,janvier2006
irretlechie peut se reveler risque. Seuls des RobertoGonzalo
echanges directs avec des collegues procu Karl J. Habermann
rent une certaine securite grace au partage
Gauche:
d'experiencesenrichissantesetaux«transferts Vuepartielledela
fa,aded'unenisi
de technologies» essentiels et souhaitables. dencepouretudiantsil
L'appendice rappelle ainsi les noms des par Wuppertal, 1"tranche
detravaux,Architekten
ticipants aux differents projets et de certains PPPencollaboration
avecChristianSchluter
fabricants. Nouspresenteronsdonedesmode etMichaelMuller
les eprouves. Apres un regard analytique sur
Enhaut:
I'histoirede la construction qui nous menera a ProjetAutonomous
House,Aspen,Richard
la situation presente,Ietheme sera developpe, Rogers,1978.Siltiment
pasapas,depuisI'urbanismeen passantparla utilisantlesseules
energiesrenouvelables
5
LES ORIGINES
DE LA CONSTRUCTION SOUCIEUSE
DES RESSOURCES ET DE L'ENERGIE
ChristianLenz,Hermann
Kaufmann:biitimentde
bureauxetd'habitation
Schwarzach,Vorarlberg.
DansIegarde-corpsdela
terrassesetrouventdes
collecteurssolairesintegres
destinesa!'eauchaude
sanitaire.
Voiregalementp.122
LES ORIGINES
DE LA CONSTRUCTION SOUCIEUSE
DES RESSOURCES ET DE L'ENERGIE
«S'agit-il de construire une ville? La premiere ainsi qu'une grange, constituent deux rectan
chose it faire est de choisir un endroit sain. II gles etroits et paralleles. Au centre, les salles
doit etre eleve, it I'abri des brouillards et du pourvivreetdormirfontfaceitI'ecurie.Durant
givre, situe sous la douce temperature d'un I'hiver,lesanimauxcompletentparleurpropre
ciel pur,sansavoiritsouffrirnid'unetropgran chaleur Ie foyer ouvert alimente en tourbe:
de chaleur ni d'un trap grand froid. [...J» (1) une vache de 600kg genere un apport de cha
DanssoncelebretraiteDearchitectura,Vitruve leur d'environ 1200W selon les connaissan
pose unedespremieres pierresde latradition ces actuelles. Acette epoque, les habitations
de I'architectureet de I'urbanisme. II s'inspire etaientpratiquementhabiteesenpermanence.
pourcefairedecequ'ontlaisselesGrecsdans Pas decheminee, mais la fumee s'echappe au
ces domaines. II explique en detail I'influence traversdepetiteslucarnesetparlesinterstices
du soleil sur les differentes fonctions urbai de la couverture. Les parois interieures sont
nes. Les Grecs et les Romains connaissaient noircies par la fumee et Ie seul equipement
en effet depuis longtemps I'importance d'une technique est un crochet suspendu par une
bonne orientation pour I'utilisation d'un bati chaine metallique au-dessus du feu. Tous les
ment. composants du batiment sont reutilisables ou
Pour Ie choix des materiaux de construction recyclables. Cependant,cette habitation «eco
adaptes, on trauve aussi chez cet auteur les logique» primitive n'a jamais constitue un
premieres preoccupations ecologiques. De logement sain dans ces rudes conditions cli
I'emploi de materiaux disponibles sur place matiques: la duree devie moyenne ne depas
comme la pierre, Ie bois, la chaux ou I'argile saitguere30ans.
decoule toute une variete de murs, jusqu'it
I'opus caementicium, sorte de beton primitif; Une breve description detaillee de Lewis rend
mais les Romains se sont reveles moins bien compte des conditions de vie et des moments
inspires pour transmettre leurs acquis techni peu romantiques vecus dans la Maison noire:
ques. Leurs systemescomplexes dechauffage «L'hiver,denombreuxvoisinsviennentchaque
parlesmursetlessolssonttombesdansI'oubli soir. Nous formons un cercle autour du feu et
et durent attendre leur redecouverte par les discutons de tout. Le feu peut iHre aussi haut
archeologuesdeI'epoquemoderne. qu'on Ie souhaite car la cheminee ne risque
pasd'etreincendiee.»(2)Construiteen 1875,la
La recherche de bases exploitables pour une maison aete habiteejusqu'en 1964.Remiseen
construction soucieuse des ressources etdonc etat ettransformee en musee, elle est ouverte
energetiquement efficace passe par I'etude de au publicdepuis 1988.
cequeI'on appelle la construction autochtone,
traditionnelle ou vernaculaire. Ces formes pri Leclimatfavorable dela Mediterraneeoffre un
mitivesdeconstruction nousrenseignentaussi autre exemple d'habitat respectueux de I'envi
sur les debuts des equipements domestiques. ronnementnatureltoutitfaitdifferent,celuides
Les conditions de confort de ces premieres troglodytes. L'ensemble de grottes de Guadix
habitations it basse energie (voire nulle) sont est depuis longtemps connu des touristes. On
toutefoisitsituerparrapportitchaquesituation ytrouvememeunhotel.IIconvientneanmoins
(1) Vitruve:DeArchitectura,
textelatin,ed.Bils, climatique, au niveau de confort atteint et it la de considerer ce site avec plus d'attention,
Mouzeuil-Saint-Martin,
2004,traduction dureedeviemoyenne. Seules les entrees peintes en blanc, ainsi que
fran9aiseparCH.-L.
leschemineessortantunpeu partoutdusol,se
Maufras,Paris 1847
(texteoriginal:({In Avec sa ma!(onnerie de pierres grossierement remarquent dans Ie paysage. Les habitations
ipsisveramoenibuses
eruntprincipia. Primum taillees et sa toiture recouverte d'herbe, la sont en effet it I'abri des regards. La tempera
e/ectioJocisaluberrimi.
Blackhouse (ou Maisonnoire)- unehabitation ture constante tout au long de I'annee (entre
Is8utemeritexcelsus
etnonnebulosus,non archa'ique situee sur I'archipel ecossais des 18°C et 20°C) assure Ie confort interieur sans
pruniosusregionesque
cael;spectansneque Hebrides - se fond dans un paysage rude et qu'il faille recourirauxhabituellesinstallations
aestuDsasnequefrigi
sans arbre. Elle est en toute logique construi techniques modernes: suffisamment chaude
dassedtemperatas...}})
(2)AlexanderFenton:The te avec des materiaux disponibles sur place. en hiver,elleestapprecieeenetecartresrafrai
IslandBlackhouse,
L'habitat pour les hommes et les animaux, chissante.
Edinburgh 1978,p.6
8
3
CoupedelaMaisonnoire
(Blackhouse)
aveclagrangeetI'aile
d'habitation.Une
etroitebandedegazon
surunefinecouchede
terreconstitueI'extra
mitedumurd'enceinte
grossierementappa
reHleenpierresseches.
Maisonnoire
(BlackhouselII
ArnolsurI'ileLewis,
aujourd'huimusee
3 Photointerieure
d'epoque:familleII
Ballallanen1934,par
S.T.Kjellberg,avec
I'aimableautorisation
dumuseed'Histoirede
Goteborg
9
4 Coupeetplande Les habitations troglodytiques situees dans la
maisonstroglodytiques
dansunsolenloess, ceinture de Icess du fleuve Jaune en Chine
provinceduHenan,
sont enfouies avec leurs cours dans la couche
Chine
5 Maisonstroglodytiques argileuse. Le sol naturel situe au-dessus est
dansunsolrocheux cultive.On nepeutqu'admirerIesoucidesres
ilGuadix,Espagne
6 Maisonsenterrea sourcesmanifesteparcemodedeconstruction
Humahuaca,Argentine vieux de 6000ans. Dans cette region au c1imat
7 TviolluargseddeevNenetwilaBtiaornis,du extreme,lesecartsdetemperaturesaI'interieur
presdeI'oasisde ne depassent pas 10°C, ete comme hiver. Par
Kharga,Egypte,Hassan
Fathy1967 contre, en raison de I'humiditeelevee lors des
grandespluiesetdelacondensation dueaune
mauvaiseaeration,laqualitedevien'estguere
satisfaisante. La densite d'habitation atteinte
estelleaussi limitee.
Dans les regions chaudes, et quand la couche
superieure du sol est constituee d'argile pure
ou d'argile melee adu sable, laterre glaise est
souvent choisie par les populations sedentai
res,LaplasticitedeI'argile(feldspathdecompo
se)melangeaI'eauetlamultituded'utilisations
possibles expliquent I'usage tres repandu a
I'echellemondialedelaterreglaise,Lesmodes
de construction les plus simples ont recours
au pise et aI'adobe. En raison de sa densite,
ce materiau permet de conserver la chaleur,
sesqualitesd'isolationthermiquepouvantetre
ameliorees par I'ajoutde paille. II assure aussi
Ieconfortinterieurgraceasonpouvoirderegu
lation hygrometrique.
Hassan Fathy, Ie celebre architecte egyptien,
a repris Ie modele de construction tradition
nelle en terre glaise pour realiser ses lotis
6 sements sociaux destines ades populations
detavorisees, et obtenu des resultats saisis
a a
sants New Gourma en 1946 et, en 1967,
Kharga, la ville-oasis. Les ouvertures redui
tes au minimum empechent les rayons de
soleil directs de penetrer dans les pieces.
a
Grace des conduits d'aeration et en tirant
parti de la thermique naturelle, Fathy assure
une bonne circulation de I'air atravers la
construction.L'orientationdesbatimentstient
compte du soleil, mais aussi desvents domi
nants: malgre des temperatures exterieures
tres chaudes, les courants d'air permanents
assurent un reel confort interieur. Cet archi
tecte a rassemble toutes ses connaissances
acquises, par I'experience, dans son livre
Natural Energy and Vernacular Architecture,
10
