Kim-Loan NGUYEN, Etudiante en Master 2 d’Architecture à L’INSA de Strasbourg

MODULES DE LOGEMENTS NEUFS TISSAGE DANS LE QUARTIER DE LA SACM, MULHOUSE

En France, le secteur du bâtiment est le plus gros consommateur d’énergie grise et la demande de logements est toujours croissante, nous ne pouvons concevoir sans penser à l’impact sur l’environnement. En tant qu’architecte, notre rôle est d’offrir aux clients des bâtiments qui s’intègrent bien dans leur environnement mais surtout confortables et agréable à vivre pour ses habitants. En tenant compte de ses contraintes que peut-on proposer comme nouveaux espaces à vivre?

Penser une architecture durable se fait dès la phase de la conception. En effet, j’aimerais à travers cette étude vous présenter ma démarche de recherche et de conception en amont et en aval pour aboutir à ce projet. Il s’agit de mettre en valeur à travers ce projet fictif, la gestion concrète du climat, l’utilisation des sources d’énergies renouvelables, de l’environnement, de la mobilité mais aussi la réduction du temps passé sur le chantier par des principe de modularité, de préfabrication et de structures simple. Ces derniers principes rappelant l’esprit industriel du site choisi à Mulhouse. Enfin, le rôle de l’architecte ne consiste pas seulement à maitriser la technique mais il doit permettre de donner une valeur humaine et social au bâtiment. J’ai décidé de tisser des liens intergénérationnel à proposant des logements pour les familles, étudiants ou travailleurs.

La base du travail présenté est en réalité issue du projet E.N.R ( Energies renouvelables) où un étudiant en master Génie Climatique et Energétique (G.C.E.) à l’Institut National des Sciences Appliquées (I.N.S.A.) de Strasbourg m’a aidé pour certaines simulations énergétiques.

INTRODUCTION

OFFRIR DU CONFORT ET UN LIEU ORIGINAL D’ECHANGE POUR LES HABITANTS Tisser un lien fort avec un site chargé d’histoire Concevoir un lieu propice aux échanges et aux interactions intergénérationnelles Offrir des conditions de conforts à moindre coût : acoustique et thermique Respecter les règles PMR (accessibilité handicapée)

PENSER LE RAPPORT A L’ENVIRONNEMENT Responsabiliser les habitants dans leur consommation Proposer une démarche de conception dans le sens du développement durable dès le début de la conception: implantation et orientation, amélioration de la compacité et des performances thermiques de l’enveloppe du bâtiment Favoriser la préfabrication, la modularité et les matériaux appropriés Respecter la réglementation thermique RT2012 Obtenir un bon rendement énergétique: produire plus d’énergie que celle consommé

OBJECTIFS A ATTEINDRE

Mulhouse est une ville marquée par la période industrielle où le patrimoine industriel est le plus riche en France. Il s’agit d’une ville en développement où plusieurs opérations de logements neufs ont été réalisés. On pense notamment à la Cité Manifeste réalisés par un groupe d’architectes de renom, aux opérations de logements de Lacaton Vassal mais aussi à la réhabilitation de la caserne militaire par TOA Architectes. Pour ce projet , j’ai choisi de m’implanter au cœur du site de la S.A.C.M. (Société Alsacienne de construction mécanique) par le potentiel attractif: présence de lieux culturels aux alentours mais aussi d’une future université. Bien que le site est constitué d’usines abandonnées, il présente un potentiel de développement d’avenir. Le maire actuel veut en faire un lieu reinvesti pour les arts du numérique. Plutôt que de proposer une réhabilitation d’un bâtiment du site, j’ai préféré proposer ainsi un bâtiment neuf emblématique pour la ville qui tisse un lien fort avec l’histoire du site et j’espère qui peut être générateur de la volonté de réhabiliter et reconvertir les bâtiments présents sur le site.

Réhabilitation de l’usine de la SACM: Nouvelle université Une « cathédrale » du site à revaloriser Façade de la cathédrale

CHOIX DU SITE

1. DEMARCHE DE PROJET

1. CONCEPT ARCHITECTURAL: tissage dans un site industriel-lieux de rencontre

2. INTEGRER UNE CONSCIENCE ENVIRONNEMENTALE DES LA CONCEPTION

3. CONCEPT BIOCLIMATIQUE: développement durable et caractère innovant

4. CHOIX CONSTRUCTIFS: préfabrication-modularité-matériaux

La cité Manifeste à

Mulhouse

Le carré mulhousien

SOURCES D’INSPIRATION

Trame carrée

Module de

logements

Halls de marchés

SCHEMA CONCEPTUEL

1. CONCEPT ARCHITECTURAL

EVOLUTION DE LA VOLUMETRIE EN FONCTION DE L’ENSOLEILLEMENT DES LOGEMENTS

DIAGRAMME DE L’ENSOLEILLEMENT DE LA PROPOSITION CHOISIE

Problèmes d’ensoleillement

Bon ensoleillement mais composition insatisfaisante

Meilleure proposition

ÉTÉ

P

RIN

TEM

PS

HIV

ER

A

UTO

MN

E

TERRASSES COLLECTIVES ET INDIVIDUELLES LOGEMENTS

N Objectifs: -recherche d’une bonne disposition pour l’ensoleillement dans les logements - pouvoir utiliser l’énergie solaire plein sud

2. CONSCIENCE ENVIRONNEMENTAL - ENSOLEILLEMENT

CHOIX DES BLOCS –ESPACES CHAUFFES MEILLEURE COMPACITE POUR ECONOMISER DE L’ENERGIE

COMPACITE = SURFACE DEPERDITIVE VOLUME 3 BLOCS INDEPENDANTS

5 BLOCS INDEPENDANTS

6 BLOCS INDEPENDANTS

BLOC 1 C= 30,9%

BLOC 2 C= 39,2%

BLOC 3 C= 30,3%

BLOC 2 C= 18,3%

BLOC 5 C= 30,3%

BLOC 1 C= 30,9%

BLOC 1

C= 30,9%

BLOC 3 et 4 C= 34%

BLOC 2, 3, 4

C= 30,3%

BLOC 5

C= 30,3%

BLOC 6

C= 30,3%

ETAPE 1: MEILLEUR COMPROMIS : 4 BLOCS INDEPENDANTS

AVANTAGES: -blocs simples -économie d’énergie -meilleure compacité par bloc type - réduction du nombre de blocs à chauffer

BLOC-ESPACES CHAUFFES

BLOC 1

C= 30,9% BLOC 2, 3, 4

C= 30,3%

C=30,3% C=30,3% C=32,3%

ETAPE 2: AMELIORATION DE LA COMPACITE PAR BLOC

2. CONSCIENCE ENVIRONNEMENTALE - COMPACITE

N

PLAN MASSE PLAN TYPE R+1 PLAN TYPE R+2 et R+3

2. CONSCIENCE ENVIRONNEMENTALE – ORIENTATION DES LOGEMENTS

GEOTHERMIE

Puits Canadien

Ventilation naturelle assistée

SERRE

bioclimatique

capteur

solaire

BLOC DE 9 à 14

LOGEMENTS

SOL

SCHEMA DE PRINCIPE

Ventilation

Chauffage

Interdépendance

SERRE CAPTEUR SOLAIRE

La serre est un espace commun de culture

potager. Il accumule de l’énergie solaire qui

est une source renouvelable d’énergie afin

de le restituer en saison froide et pendant la

nuit notamment.

GEOTHERMIE

Elle permet d’exploiter la chaleur du sol qui

est une source d’énergie renouvelable. Au

rez-de chaussée ce ne sont pas des

espaces chauffés, ce sont des halls de

marchés ou parking . Les logements sur

pilotis permettent d’exploiter la surface du

terrain et permet l’installation d’un système

de captage horizontal (économique).

PUITS CANADIEN

Le puits canadien est un système de

géothermie qui utilise l’inertie du sol et

profite de la température quasi constante du

sol pour réchauffer ou refroidir l’air de

renouvellement avant de l’insuffler dans les

logements.

VENTILATION NATURELLE

Le système de ventilation naturelle assistée

par un ventilateur permet d’éviter un

équipement supplémentaire et une

demande supplémentaire en énergie de

climatisation.

REFERENCES

Maison Gaita à Issy-les-Moulineaux

Système de ventilation naturelle

assistée

Lacaton et Vassal,

Logements sous serre à Mulhouse

Benjamin Dubreu

Logement écologique à Schiltigheim

Habiter les serres, logements à

Mulhouse de Lacaton Vassal

3. CONCEPT BIOCLIMATIQUE

Des jardins d’hivers collectifs sont placés côté Sud de chaque bâtiment. Ils constitue à la fois une barrière acoustique et un espace de vie commun accueillant des potagers et de la végétation verticale. La chaleur accumulé dans la serre constitue la première source chaleur et couvre une partie des besoins en énergie de chauffage. Une deuxième source de chaleur provient de la géothermie. Une autre source vient compléter provenant du puits canadien. Un dispositif de ventilation naturelle assistée permet de supprimer tout besoins en consommation de climatisation.

SERRE CAPTEUR SOLAIRE ET VENTILATION

La ventilation naturelle va permettre de limiter les consommations d’énergie liée à l’utilisation de ventilateurs. Dans le dispositif mis en place, on utiliserait gratuitement le tirage thermique d’une cheminée et les différences de pressions induites par les vents. Ce dispositif pourra éventuellement être assistée par un ventilateur lors des périodes de tirage trop faible, afin de garantir un renouvellement d’air minimal permanent. Un récupérateur de chaleur (échangeur) est placé pour venir récupérer une partie de l’énergie avant qu’elle ne soit rejetée.

3. CONCEPT BIOCLIMATIQUE

Terrain 4500 m2 m² et Surface totale chauffé : 3375 m²

Le sol est une source d’énergie inépuisable et renouvelable. Elle permet de capter une grande quantité de cette

énergie dans le sol.

GEOTHERMIE

3. CONCEPT BIOCLIMATIQUE

Selon les saisons, les dispositif permet et stocker la chaleur et de la restituer quand il est nécessaire.

La végétation va contribuer à l’amélioration de la qualité de l’air l’évaporation générée par les plantes et le substrat provoque une élévation de l’humidité de l’air appréciable dans cette zone urbanisée durant les périodes estivales.

Des plantes telles que lierres chlorophytum, dracanea, schefflera, spathiphyllum, ficus benjamina présentent des aptitudes à absorber les composés Organiques Volatiles et régulent l’hygrométrie de la serre. Elles contribuent à l’assainissement de l’air.

3. CONCEPT BIOCLIMATIQUE

-Structure poteaux-poutres en béton préfabriqué -Réduction de la mise en œuvre sur le chantier -Flexibilité d’aménagement du T2 au T5

CONFORT ACOUSTIQUE -Désolidarisation du plancher béton et de la chape et 8 cm isolant acoustique -Cloisons déplaçables isolés -Serre et espace de circulation en frontal: barrière acoustique

STRUCTURE DE LA SERRE PREFABRIQUE Structure acier: moins cher /durable

4. CHOIX CONSTRUCTIFS

MODULARITE ET FLEXIBILITE

PLANS TYPES MODULES

ENVELOPPE

Mur à Coffrage et Isolation intégrés : le Précoffré® Thermique Solution pérenne, le Précoffré® Thermique, la solution de prémur isolé Fehr, permet des constructions BBC grâce au traitement des ponts thermiques. De qualité industrielle, il permet une ergonomie de travail et une sécurité intégrée tout en optimisant les délais de pose. Fonctionnant sur le principe de l’isolation thermique par l’extérieur, le Précoffré® Thermique est une solution innovante et efficace pour le traitement de l’enveloppe de votre bâtiment : • coefficient de transmission thermique : de 0.45 à 0.17 W/m².K •Traitement des ponts thermiques •Inertie importante •Etanchéité à l’air Avantages •Pénibilité réduite / Ergonomie de travail •Sécurité intégrée •Facilité et rapidité de mise en oeuvre •Fiabilité et qualité de la fabrication industrielle •Main d’oeuvre sur chantier optimisée •Dimensions «sur mesure» adaptées au chantier •Réduction des nuisances sonores sur chantier •Adaptation aux difficultés du site

Sources: Fehr béton

4. CHOIX CONSTRUCTIFS

DETAIL ET AMBIANCES

4. CHOIX CONSTRUCTIFS

TOITURE L’isolation des toitures se fera par l’extérieur en Sarking laine de verre. En effet, 30% des déperditions énergétiques d’une maison se font par le toit. Dans le neuf, isoler sa toiture par l’extérieur permet de mettre en valeur une belle charpente, des poutres apparentes et d’optimiser la surface habitable des combles. Avantages: -Permettre la continuité de l’isolant pour une isolation thermo-acoustique performante -Amélioration de l’étanchéité à l’air des combles

4. CHOIX CONSTRUCTIFS

II. BILANS

1. THERMIQUE: conforme à la RT 2012

2. ECONOMIQUE: réduire les coûts et le temps sur le chantier

3. ENVIRONNEMENTAL: utilisation pertinente des ressources ENR

4. ACOUSTIQUE-bénéfices de vie et confort

Elements Épaisseur (m)

R (m²K/W)

U paroi (W/m².K)

Déperdition (W)

Plancher 83 m²

chape 0,03 0,5 0,12

112,5

Dalle béton 0,2 0,17

Isolant acoustique80 cm 0,8 2,1

Mur Nord 13,5 m² Béton 0,28 + laine de roche 0,15 0,43 0,17 27,5

Mur Sud 10 m² Béton 0,28 + laine de roche 0,15 0,43 0,17 20,0

Vitrage Sud 6m² triple 1,42 0,7 50,4

Vitrage Nord 3 m² triple 1,42 0,7 27,2

Déperdition totale par appartement 364 Watts

Déperdition totale pour 9 logements 3,28 Kilowatts

Déperdition conductive par bloc de 9 logements pour estimer le besoin en chauffage

BILAN THERMIQUE

1. THERMIQUE

Estimation des consommations et coûts énergétiques de chauffage et ECS

Source: http://www.mon-ecoconstruction.com/resultat-calcul-gratuit-dpe.php

Hypothèses principaux de simulation: -Maison compacte et indépendante, 3 niveaux habitables, combles aménagés, structure de toit à 2 pans, 990 m² habitation

II. THERMIQUE

Diagnostique de Performance Energétique (DPE)

SIMULATION

sans ressources ENR

SIMULATION

avec ressources ENR

-> géothermie (insufisant)

II. THERMIQUE

SIMULATION

avec ressources ENR

-> serre capteur solaire

-> géothermie

CLIMAT ENERGIE

Diagnostique de Performance Energétique (DPE) final du projet

II. THERMIQUE

III. ECONOMIQUE

AMELIORATION AVEC LES ENR

LOTS PAR MODULE DE LOGEMENT Estimation du coût

Préfabrication Prémur FEHR Béton (710 m²) 177 500 €

Escaliers en acier 3 455 €

dalle béton 56 250 €

Poteaux, poutres 9900 €

Structure serre et verre 61 250 €

Isolation Domisol Isover isolation sous chape 7875 €

Toiture Charpente+ couverture+ isolation sarking 11250 €

Menuiseries Portes 6210 €

Fenêtre: cadre+ triple vitrage 9 720 €

Equipements Puits canadien 4000 €

Ballon ECS 1 150 €

TOTAL PAR MODULE 348 560 €

PAC géothermique 123 750 €

TOTAL POUR 4 MODULES 1 517 990 €

RATIO € / m² SHON 445,3 €/ m²

III. ECONOMIQUE

A Mulhouse, l’ensoleillement moyen annuel est de 1783h. Ceci représente une énergie de 1170 kWh/m² par an. La surface totale vitrée de la serre faisant 175 m², l’énergie rapportée à la surface vitrée vaut 1170 x 175 = 204 750 kWh.

Donc 204 800 kWh de rayonnements solaires frappent la serre par an. Avec ce dispositif combiné à la géothermie, on a un bâtiment à énergie positive.

Serre bioclimatique capteur Solaire

GEOTHERMIE: Association au puits canadien et ventilation naturelle assistée. SAISON FROIDE La serre est adossée à l’immeuble de logements côté sud et permet de compléter le préchauffage en hiver. En effet, l’air dans la serre se réchauffe en fonction du soleil de la journée. L’air est ensuite repris par une petite pompe en hauteur, là où remonte l’air chaud. Il est réinsufflé par le ventilateur dans le reste des logements. SAISON CHAUDE En saison chaude, les logements n’auront pas besoin de chauffage d’appoint. On peut placer un ventilateur au niveau de l’arrivée d’air qui envoie l’air du puis canadien dans les logements hauts. L’ouverture en été de la fenêtre de la serre permet de mettre en dépression l ’immeuble et d’attirer l’air frais du puits canadien. L’utilisation d’un échangeur air/sol comme le puits canadien va permettre de réduire les consommations d’énergie. La ventilation naturelle peut se faire par l’installation de grilles d’aération hautes et basses (au niveau des fenêtres et des portes) et permet de ventiler les logements pendant la mi-saison à la place du puits canadien. Avantages: l’air est renouvelé constamment, un filtre garantit un air sain, l’entretien et facile (changement du filtre environ 3 fois par an, nettoyage du réseau tous les 5 ans.), procédé écologique, jusqu’à 20 % d’économies d’énergies, faible consommation d’électricité, longue durée de vie de 15 ans minimum.

IV. ENVIRONNEMENTAL

acoustique sur plancher béton sous chape

4. CONFORT ACOUSTIQUE

ISOLATION

Acoustique entre cloisons modulaires Cloison en contact avec un local non chauffé, cloison de distribution à l'intérieur d'un même logement ou cloison de séparation entre 2 logements, à chacune ses objectifs. Isolation thermique pour l'une, isolation phonique pour se prémunir contre les bruits de voisinage pour l'autre ou encore isolation thermo-acoustique : les solutions d'isolation de cloisons Isover offrent les meilleures performances pour votre plus grand confort.

4. CONFORT ACOUSTIQUE

ISOLATION ACOUSTIQUE

En définitive, j’ai voulu proposé à travers ce projet une réelle démarche de conception architecturale qui prend en compte une réelle conscience des enjeux liés à l’environnement en amont. C’est la combinaison de dispositifs architecturaux (modularité, surélévation des bâtiments libérant une large surface au sol pour la géothermie), industriel (préfabrication) et l’utilisation des ressources ENR (serre solaire, géothermie) tout en prenant compte de la contrainte économique qu’on peut mieux intégrer une construction dans son environnement.

J’ai utilisé des dispositifs architecturaux simples afin que le modèle soit reproductible bien que le lien avec le site industriel est unique.

4. CONCLUSION