Institut néerlandais pour l'Écologie

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INSTITUT NÉERLANDAIS

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pour l’écologie

SOUS-TITRE

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Aenean posuere justo et odio volutpat, 1

TRAVAIL D’ANALYSE PAR

François Lévesque et Samuel Gendron Fortier

4 IMPLANTATION ACTUELLE

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TOIT VÉGÉTAL

OUVERTURES

SOMMAIRE IMPLANTATION ACTUELLE 4 Caractéristiques du bâtiment 4 Bâtiment principal 5 Données générales du site 5 Bâtiments annexes 6 Choix des matériaux 6 Forme 6 Enveloppe 7 Panneaux solaires photovoltaiques 8 Structure 10 Orientation et lumière 10 Toit végétal 11 Ventilation naturelle 12 Masse thermique 12 Géothermie 12 Traitement des eaux 13 IMPLANTATION AU QUÉBEC 14 Ouvertures et gains solaires 14 Données générales du site 15 Composition murs et toiture 16 Panneaux solaires thermiques 17 Ventilation naturelle 18 Forme 19 Matériaux locaux 20 Géothermie 20 Récupération d’eau 20 Toit verts 20 Médiagraphie 21

20 RÉCUPÉRATION D’EAU

IMPLANTATION ACTUELLE ANALYSE DU SITE ET DU CLIMAT

CARACTÉRISTIQUES DU BÂTIMENT SUPERFICIE 6750 m² (102 m par 30 m) DATE DE COMPLÉTION Janvier 2011 PRIX 21,1 millions US PROGRAMME Laboratoires, bureaux, entreposage, auditorium et cafétéria

DWA (énergie et éclairage) ENTREPRENEUR GÉNÉRAL Bouwbedrijf Berghege BOIS Plato International BV Platowood SKYLIGHT ET PANNEAUX ISOLÉS Saint-Gobain Glass PLANCHER Béton poli MEUBLE DE BUREAUX Ahrend

ARCHITECTE + DESIGN INTÉRIEUR Claus en Kaan Architecten CLIENT Royal Netherlands Academy of Arts and Sciences (KNAW) CONSULTANTS DGMR (environnement, acoustique et protection au feu);

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L’

institut est situé sur le campus de l’université Wageningen, mais est financé par l’Académie royale néerlandaise des arts et des sciences. L’ambition du directeur était d’implanter l’institut de recherche le plus durable au monde en suivant la philosophie «du berceau

au berceau». Cette dernière est un concept d’éthique environnementale qui «intègre à tous les niveaux du processus de construction une exigence écologique dont le principe est zéro pollution et 100% réutilisé». Ce bâtiment est non seulement un lieu, mais aussi un sujet de recherche. C’est un lieu qui restera à l’affut des nouvelles technologies de l’environnement, en constante évolution, mais qui permettra aussi d’analyser et d’optimiser de nouvelles pratiques ou méthodes durables. Les expériences à l’intérieur du bâtiment devront être médiatisées pour partager avec la communauté internationale les plus récentes innovations en matière de construction durable. Outres les ambitions environnementales, le directeur avait aussi l’intention d’atteindre les plus hauts standards artistiques. L’institut ne devait pas avoir l’air d’une construction écologique, mais devait plutôt célébrer la symbiose entre écologie et architecture.

BÂTIMENT PRINCIPAL L’institut comprend un bâtiment principal doté de laboratoires, de bureaux, d’un restaurant et d’un auditorium.

Ce pavillon possède trois principales sections. La première contient les laboratoires et est située en avant (vers l’ouest) derrière une façade vitrée fermée. Cette dernière permet aux chercheurs de faire une utilisation optimale de la lumière du soleil. La deuxième section contient les bureaux et est située à l’arrière (vers l’est). Elle est dotée de fenêtres pouvant s’ouvrir manuellement et donne vue sur le terrain. La dernière section est la zone centrale qui contient trois puits de lumière, les escaliers et les espaces de rangement.

DONNÉES GÉNÉRALES DU SITE LATITUDE 51°58’N 5°40’E ALTITUDE 9m POPULATION 37 434 habitants SUPERFICIE Terre : 30,5 km2 Eau: 1,9 km2 VENTS Vitesse moyenne: 9,3 km/h Direction moyenne: Sud

TEMPÉRATURES Avril à Octobre: 18 (max) et 8,5 (min) degrés en moyenne Novembre à Mars: 6,4 (max) et 0,8 (min) degrés en moyenne Ensoleillement quotidien: entre 2 à 7 heures par jour PRÉCIPITATIONS Précipitations en moyenne par mois: 75mm Jours de précipitation par mois: 20

PLAN DU 2e NIVEAU

PLAN DU 1er NIVEAU

PLAN DU RDC

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BÂTIMENTS ANNEXES Une série de bâtiments en annexes servent à la recherche biologique. Le site contient aussi des bassins et des étangs pour l’expérimentation. Parmi ces plus petits pavillons, on retrouve des surface de panneaux solaires thermiques et des dispositifs de bio-filtration d’eau domestique.

CHOIX DES MATÉRIAUX Les matériaux ont été choisis de façon à réduire autant que possible la trace de carbone du bâtiment. Les efforts concernant l’efficacité énergétique couvrent deux aspects principaux. D’une part une production durable, et de l’autre la réduction de la consommation par l’utilisation de matériaux recyclés. Le bâtiment est fait de matériaux bruts renouvelables et produits économiquement sans aucune émission nocive.

La structure est constituée d’un béton durable sans additifs artificiels, scellants, ni solvants. Plusieurs matériaux ayant des certifications FSC et PVC-free ont été utilisés. L’utilisation de matériaux comme le bois, le verre, l’acier, le lin, le

Toits verts

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calcaire broyé et des débris granulaires ont finalement conférés au bâtiment une allure rationnelle, ouverte et en relation avec la nature.

Tout le bois utilisé dans le bâtiment provient de forêts norvégiennes. C’est un bois certifié FSC, une certification qui garantit que le bois provient d’une forêt qui a été gérée de façon responsable et durable. Il est usiné et traité par la compagnie néerlandaise Pluto qui a développé un procédé de traitement thermique pour accroitre la durabilité du bois sans agent chimique. À l’endos du parement de bois se trouve un motif découpé d’un matériel absorbant pour répondre aux besoins acoustiques du client. Le fini brut du bois est mis en contraste avec le reste des matériaux plus «high-tech» du bâtiment.

FORME La forme simple et prismatique possède une certaine symbolique, mais aussi un aspect pratique. Sa forme brute frappe le regard et ses longues et grandes parois vitrées mettent en évidence les la-

boratoires à l’intérieur. L’intention de base était de faire un bâtiment compact pour réduire les pertes thermiques. Dans un tel scénario, la forme du prisme à base rectangulaire est tout indiquée. Sa forme allongée permet entre autre de séparer la route du terrain, faisant alors office de mur de son.

L’orientation du bâtiment rend ce dernier adapté à la formation de congères. La forme allongée du bâtiment est parallèle aux vents dominants, ainsi, la formation de congère se produit sur les extrémités étroites.

ENVELOPPE Présentement, la résistance thermique de la toiture (g), (m) et de la dalle sur sol (c) est spécifiée à Rsi 4,16 dans les deux cas. Le bâtiment ne possède pas de murs proprement dit; 100% de l’enveloppe

en périphérie est constituée de fenêtres (d) (spécifiées à U = 1,1 W/m²K) La toiture possède deux variantes d’une même composition: toiture végétalisée (g) et toiture-terrasse (m).

Dans le premier cas, de l’extérieur vers l’intérieur, on retrouve de la végétation, un substrat d’environ 150 à 200mm, divers matelas et membranes de filtration et de protection, une membrane étanche de type EPDM, une couche d’isolant en panneaux rigides de polystyrène expansé de 110 à 260 mm pour assurer une pente pour la drainage de la toiture et une dalle de béton exposé à l’intérieur de 340mm.

Les membranes et matelas servent à protéger la membrane d’étanchéité des racines des plantes et permet-tent l’alimentation naturelle en eau du système de plantation.

La membrane EPDM est recyclable, très durable, demande peu d’entretien et peut être posé mécanique-ment, donc facilement démontable et sans émanations chimiques liées au contact de la chaleur avec le matériau.

L’isolant de polystyrène expansé est très performant et n’est pas nocif pour la santé des occupants. Il de-mande par contre un bon niveau d’énergie grise lors de l’extraction de ses composants et durant sa fabri-cation. Il émet des vapeurs toxiques lorsque mis en contact avec le feu.

Dans le deuxième cas, on remplace tous les composants reliés à la végétation par un système de terrasse en bois sur plots. L’étanchéité, l’isolation et la structure restent identiques.

COMPOSITION A

La dalle de béton sur sol (c) est constituée d’un béton poli coulé sur place de 80 mm d’épaisseur, de plaques de béton creuses de 200 mm d’épaisseur et d’isolant en panneaux rigides de polystyrène expansé de 115 mm.

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La chape de béton ne sert que de finition, quoi qu’elle puisse surement augmenter la capacité thermique de la masse.

Les plaques creuses sont à la base du système «d’activation du noyau de béton». À l’intérieur, on peut y passer les tuyaux de la géothermie et autres composants de la mécanique.

Le PSE possède trois variantes: les types 1, 2 et 3. La différence réside dans la densité de l’isolant. Les types 2 et 3 sont résistants à l’humidité et peuvent donc être utilisés sous le sol.

COMPOSITION B

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PANNEAUX SOLAIRES PHOTOVOLTAIQUES Une partie de l’énergie électrique est produite par des panneaux solaires photovoltaïques intégrés à la membrane du toit. Une nouvelle génération de modules de concentration solaires est testée sur une extension du bâtiment.

Il s’agit d’un ensemble de lentilles qui convergent la lumière sur de petites mais efficaces cellules de silicones. Les modules sont plus épais que la moyenne mais produisent davantage d’énergie par mètre carré.

COUPE TRANSVERSALE

ÉLÉVATION OUEST

ÉLÉVATION EST

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STRUCTURE Au départ, le client prévoyait ériger le bâtiment sur une structure en acier.

Cependant, ce matériau était susceptible d’occasionner des vibrations dans les laboratoires et son prix à largement augmenté en 2008 pendant la conception (voir le tableau ci-contre).

Les architectes ont donc optés pour l’utilisation du béton. L’acier présentait des avantages certains pour la déconstruc-

tion du bâtiment puisque ce matériau peut facilement être réutilisé. Cependant le béton est beaucoup plus économique en énergie pendant sa production et à l’avantage de servir en tant que masse thermique pour l’ensemble du bâtiment.

Les architectes on prévus une distance entre les colonnes de 7,5 m pour permettre une grande flexibilité dans l’aménagement futur du bâtiment. Ainsi, malgré le fait que le béton soit non recyclable, les chances qu’il soit détruit sont réduites, et ses nombreux avantages supplantent les quelques avantages de l’acier.

SYSTÈMES PASSIFS

Tableau 1 : Prix de l’acier au fil des années

Ensoleillement et ouvertures

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ORIENTATION ET LUMIÈRE L’Académie royale néerlandaise des arts et des sciences exigeait que le bâtiment soit parallèle à la rue. Il est ainsi positionné de façon à diminuer la résistance au vent, mais possède cependant une moins bonne orientation au soleil.

Le bâtiment possède 4 façades différentes. Vers l’ouest on retrouve la façade publique, laquelle est constituée d’un vitrage continu. Ce dernier ne peut pas s’ouvrir puisque cette façade donne directement sur des laboratoires exigeant des conditions de température et d’humidité précises. Des bris-soleil de 2440 mm X 250 mm le long de cette façade permettent de réguler les gains thermiques.

Les façades nord et sud sont semblables à la façade ouest à la différence que les fenêtres peuvent s’ouvrir manuellement. À l’est on retrouve la façade vers le terrain de l’institut où des grandes fenêtres dotées de persiennes ajustables s’ouvrent manuellement.

Le ratio de fenestration d’environ 100% et s’oriente sur toutes les directions.

Comme on peut le constater dans les graphique d’analyse Ecotect ci-contres, les gains thermiques sont très impressionnants. Ils permettent de gagner près de 100 kW en énergie lorsque l’ensoleillement est à son maximum. La grande quantité de fenestration cause tout de même d’énormes pertes, soit d’environ 80 kW à chaque instant pendant les journées les plus froides.

TOIT VÉGÉTAL L’institut possède un toit végétal expérimental qui tente de faire des recherches concernant ladite pratique. Bien qu’il ait été pensé en prenant compte de la biodiversité naturelle du site (une grande superficie est occupée par des plantes de genre sédum), le toit est aussi un laboratoire où s’effectue l’étude de 48 pots d’expérimentation. Différents sols et plantes sont sous surveillance pour mesurer leur rétention d’eau, évaporation et différence de température. Le tout a pour but d’évaluer l’impact du toit végétalisé et ses composants.

Ce toit apporte beaucoup d’avantages écologiques au bâtiment. La membrane du toit est protégée des rayons ultraviolets et des rigueurs du climat, ce qui accroit sa durée de vie. L’isolation sonore et thermique du toit est accrue. Les pertes et les gains sont modérés ce qui permet une économie des coûts énergétiques. Le toit végétal permet également de capturer les particules volatiles dans l’air et d’assainir le climat urbain en retenant l’humidité. De plus, ce toit peut retenir jusqu’à 75% des eaux de pluie. Cela permet de diminuer le ruissellement de l’eau jusqu’au sol et donc de contaminer une eau potable dans les égouts.

Tableau 1: Pertes et gains de l’enveloppe lors de la journée la plus froide

Tableau 2 : Gains solaires thermiques directs selon l’heure et le mois de l’année

Toit vert autonome Toit vert d’étude avec pots

Toit vert

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VENTILATION NATURELLE La ventilation naturelle est impossible du côté de la façade ouest puisque les conditions internes doivent être contrôlées. C’est pour cette raison que les fenêtres ne peuvent être ouvertes. De l’autre côté avec les bureaux, la ventilation naturelle est possible grâce à des fenêtres pouvant être ouvertes manuellement. Il n’y a pas de système de ventilation utilisant la différence de pression entre deux façades.

MASSE THERMIQUE Les grandes dalles de béton qui séparer les étages permettent une «activation du noyau de béton». Ce principe permet de réguler plus économiquement la température intérieure du bâtiment. Les dalles sont chargés d’énergie thermique, mais leur énergie est déployée lorsque nécessaire grâce à un système de circulation d’eau chaude ou froide. Quand l’eau circule dans la dalle et la fait changer de température, cette dernière peut alors dissiper ou absorber la chaleur pendant plusieurs heures - 60 % par radiation et 40 % par convection.

La grande surface des dalles permet de

changer drastiquement la température d’une pièce même si la différence de température est moindre.

Activation du noyau de béton

SYSTÈMES ACTIFS GÉOTHERMIE Un système saisonnier d’entreposage souterrain (dans les aquifères très vastes des Pays-Bas) chauffe et climatise le bâtiment. Une série de tuyaux entrepose la chaleur solaire et les excès de chaleur du bâtiment et des serres à une profondeur de 300 m sous le niveau du sol. Durant l’hiver, cette chaleur est redistribuée dans les planchers de béton (plancher radiant), utilisant la masse thermique du matériau.

Deux types de géothermie opèrent en parallèle dans l’institut. Le premier

Récupération d’eau Entre 5 et 10 °C Entre 18 et 25 °C Entre 35 et 45 °C

m

0 10

0m

40

Panneaux solaires thermiques Échangeur de chaleur Pompe à chaleur

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Échangeur de chaleur

Eau noire Nutriments Eau grise Eau propre Énergie

Serres

Bio filtration avec hélophytes

Réacteur d’algues

Plantes à biogaz

Réseau de gaz naturel

Récupération d’eau

système est constitué d’une paire de deux sondes géothermiques à 80m sous le niveau du sol qui sert principalement à refroidir le bâtiment en été.

Une autre paire de sondes sont situées à 300m sous le niveau du sol rejoint une réserve d’énergie provenant de gains thermiques de panneaux solaires thermiques et de la serre. Au fil des années ce réservoir d’énergie thermique accumule de la chaleur (entre 40 et 45 °C).

Cette dernière est utilisée en hiver pour chauffer le bâtiment.

Les deux systèmes distribuent directement l’énergie thermique dans les planchers de béton. On prévoit économiser entre 70 et 80% de l’énergie normalement utilisée pour le chauffage et la climatisation.

TRAITEMENT DES EAUX

La manière dont le bâtiment traite l’eau est sujet de recherches constantes avec les autorités compétentes et l’Université. À l’origine, le but était de purifier toutes

les eaux du bâtiment et de les rejeter sur le site. Dû aux règlements municipaux, les eaux usées des toilettes doivent être envoyées dans les égouts. Cependant toutes les autres eaux restent dans la boucle fermée du bâtiment, réduisant du même coup 90% le volume d’eau rejeté.

L’institut utilise trois systèmes de récupération de l’eau : un pour l’eau de pluie, un pour l’eau grise et un pour l’eau noire venant des toilettes.

L’eau de pluie est drainée directement sur le terrain du bâtiment et ne vient pas encombrer le système d’égout.

L’eau grise est purifiée sur place et peut servir dans la serre ou être rejetée dans une nappe phréatique.

Pour la réutilisation de l’eau noire venant des toilettes, l’institut fait appel à un système de bio-filtration dernier cris.

Les toilettes utilisent uniquement 1 litre d’eau par chasse d’eau. L’eau noire alors produite sera directement rejetée dans un réservoir de plantes biogaz. Les résidus pendant le processus de gazéification seront transportés dans un réacteur d’algues et serviront de nutriments pour les plantes.

Les algues peuvent alors servir de fertilisant pour la serre. La boucle est donc fermée et la philosophie «Du berceau au berceau» est respectée.

Pour l’instant, les toilettes sont connectées au système d’égout, mais le directeur souhaiterait rendre autonome de façon progressive le système de récupération d’eau.

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IMPLANTATION AU QUÉBEC ANALYSE DU SITE ET DU CLIMAT

É mus cole de ique

P Bom avillon bard J. Ar ier man d

N

ous avons décidé d’analyser la performance du bâtiment dans le contexte climatologique et économique du Québec. Nous avons choisi pour site le campus de l’université de Sherbrooke afin de respecter la proximité aux instituts pédagogique du bâtiment analysé.

Nous avons gardé les extensions du bâtiment essentielles au fonctionnement des différents systèmes présents dans le bâtiment. Puisque leurs fonctions sont nécessaires (bio-filtration, panneaux photovoltaïques et thermiques, géothermie), nous allons les laisser telles quelles.

OUVERTURES ET GAINS SOLAIRES L’Académie royale néerlandaise des arts et des sciences exigeait que le bâtiment soit Ouvertures

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parallèle à la rue. Il en résulte une orientation des ouvertures par rapport au soleil très peu optimisée puisque le plus côté du prisme du bâtiment fait face au Sud. S’il était possible de réintégrer le bâtiment au Québec, il serait très intéressant d’optimiser l’orientation du bâtiment pour que la grande partie des ouvertures sur la façade Ouest se retourne

vers le Sud pour profiter des gains solaires.

Actuellement, il y a beaucoup trop d’ouvertures et cela augmente considérablement la perte de chaleur en hiver au Québec. Pour limiter ces pertes, nous proposons d’installer une série d’ouvertures fenêtrées verticales placées à chaque division d’espace intérieur. Nous diminuerons ainsi la quantité d’ouvertures de plus 40%.

Il y a 50% d’ouvertures sur la façade Sud, 20% au Nord et près de 25% à l’Est et à l’Ouest. Cette disposition maximise les gains thermique tout en minimisant les pertes dues à la plus faible valeur U des fenêtres.

Environ 70% des ouvertures sont placées au Sud, 15% au Nord et près de 15% à l’Est et à l’Ouest. Cette dispo-

DONNÉES GÉNÉRALES DU SITE LATITUDE 45°24’N 71°53’O ALTITUDE 401 m POPULATION 210 031 habitants SUPERFICIE Terre : 353,49 km² Eau: 14 km² VENTS Vitesse moyenne: 15,6 km/h Direction moyenne: Ouest

TEMPÉRATURES Avril à Octobre: 20 (max) et 9,5 (min) degrés en moyenne Novembre à Mars: -1 (max) et -9 (min) degrés en moyenne Ensoleillement quotidien: entre 0 à 7 heures par jour PRÉCIPITATIONS Précipitations en moyenne par mois: 96mm Jours de précipitation par mois: 16

sition maximise les gains thermique tout en minimisant les pertes dues à la plus faible valeur U des fenêtres.

On peut remarquer dans les analyses qu’il y a moins de gains solaires (100kW contre 25kW). Selon à la plus grande quantité de fermetures et à la position géographique (moins d’ensoleillement au Québec). Cependant, il y a aussi moins de pertes (-100kW contre -50kW) grâce à la nouvelle composition de murs et à la diminution des ouvertures.

PERTES ET GAINS AVEC LES ANCIENNES OUVERTURES

Gains solaires directs

Gains et pertes thermiques

PERTES ET GAINS AVEC LES NOUVELLES OUVERTURES

Gains solaires directs

Gains et pertes thermiques

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COMPOSITION MUR ET TOITURE L’isolation du bâtiment est actuellement insuffisante pour les rigueurs du climat québécois. Selon l’analyse Ecotect, la valeur R est uniquement de 4 en moyenne. En utilisant un isolant plus efficace, il serait possible d’atteindre le standard Passivhaus. Plus haut, nous avons déjà éliminé des échanges thermiques potentiels en limitant le nombre d’ouvertures.

Pour obtenir la certification, il sera nécessaire de remplacer les fenêtres à double vitrage par des fenêtres à triple vitrage. Près du Québec, Synergist Window Compagny est une compagnie américaine qui produit des triples vitrages certifiés Passivhouse.

La composition des murs devra être assez isolante afin de limiter les ponts thermiques et assurer une étanchéité à l’air Pour aller de pair avec la certification Passivhaus souhaitée, la composition du nouveau mur devra être étanche et éliminer tous les ponts thermiques. Ainsi, deux rangées de colombages de bois seront installées en quinconce pour que l’isolant en chanvre entre une rangée brise le pont thermique de l’autre. De plus, un panneau de polystyrène expansé assure le bris thermique du côté extérieur.

Le chanvre est un isolant d’origine naturelle et sa fabrication nécessite que très peu d’énergie grise. La pousse de la plante absorbe le CO². Le produit fini repousse naturellement les insectes, est un bon insonorisant et doit être traité anti-feu.

Par la même occasion, le fait d’avoir un double colombage permet d’isoler d’avantage. La résistance thermique de ce nouveau mur s’élève à Rsi 6,69.

Un pare-air et un pare-vapeur assure l’étanchéité de la composition tout en la laissant respirer du côté extérieur pour évacuer l’eau qui pourrait se déposer à cet endroit.

La toiture de base n’étant pas assez isolée (Rsi 4,16) pour les standards visés, 40 mm à 200 mm ont été ajou-

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tés. Par le fait même, le type d’isolant a changé aussi: pour remplacer le polluant polystyrène expansé, nous avons choisi la laine de roche en panneau. Son extraction engendre aussi beaucoup de pollution, mais la plupart de ses composants peuvent provenir de matières recyclées et le résultat peut être 100% recyclable. La forme en panneau permet d’accueillir des attaches mécaniques pour y installer la membrane d’étanchéité EPDM. La résistance thermique de la nouvelle composition s’élève à Rsi 8,45.

PANNEAUX SOLAIRES THERMIQUES Puisque la production d’énergie thermique doit nécessairement être plus grande au Québec, nous proposons d’ajouter un autre ensemble de panneaux solaires thermiques. Ces derniers prendront la place des pare-soleil placées en porte-à-faux. L’aspect du bâtiment restera inchangé, mais ses bordures seront matérialisées par un système d’énergie durable.

Sur le schéma de la page suivante il est possible de voir le positionnement des panneaux solaires très en relation avec le design de la construction.

Panneaux solaires thermiques

nouveau système, les gains de chaleur dans la réserve thermique sous-terraine seront considérablement plus élevés et pourront très possiblement rendre le bâtiment autonome en énergie pour le chauffage.

La boucle de ce système devra évidemment de dissocier du système de géothermie pour éviter de chauffer l’intérieur en été. Lors des mois les plus doux, l’énergie thermique accumulée pourra plutôt servir à chauffer l’eau domestique. Coupler géothermie et panneaux solaires thermiques semble être une innovation qui va de pair avec l’audace conceptuelle du bâtiment. Les installations de panneaux solaires thermiques se poursuivront sur les façades Ouest et Est puisqu’elles reçoivent aussi un apport plutôt généreux en lumière zénithale.

Au final, les modifications énoncées diminuent les pertes de chaleur en hiver et les gains thermiques en été, tout en distribuant de façon plus efficace la chaleur en hiver.

Il est vrai que les mois d’hiver québécois ne sont pas les plus généreux en ensoleillement. Cependant, la présence de la neige qui a un albédo très haut, reflète la lumière sous les tubes du panneau solaire thermique et vient du même coup presque doubler l’énergie thermique reçue.

Comme les panneaux solaires situés sur les bâtiments annexes à Wageningen, ces panneaux seront directement liés au système de géothermie. On peut d’ailleurs voir sur le schéma les tubes du module solaire redescendre au sol. Avec ce

Rayons solaires en été Rayons solaires en hiver

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VENTILATION NATURELLE La ventilation naturelle à l’intérieur du bâtiment est actuellement très sommaire: seuls les bureaux peuvent ouvrir leurs fenêtres. Si les usagers du bâtiment oublient d’ouvrir leurs fenêtres, ou si la température extérieure est trop froide, l’atteinte d’un certain seuil en quantité de CO2 démarre une ventilation mécanique.

Nous avons proposé plus tôt l’adoption du standard Passivhaus pour le bâtiment.

Ainsi, il devient très important d’avoir une ventilation efficace pour assurer les échanges d’air rendus impossibles sans l’ouverture d’une fenêtre. La solution que nous proposons est inspirée d’un système qui a déjà fait ses preuves en Angleterre: le quartier BedZed par le cabinet d’architectes Bill Dunster.

Ce bâtiment utilise un système de ventilation composé de grandes «cheminées» à double flux couplé à une girouette.

Lorsque le vent souffle, ces «cheminées» s’alignent avec le flux éolien et permettent des échanges d’air entre l’intérieur et l’extérieur. Comme l’air sortant réchauffe l’air entrant, entre 50 à 70% de la chaleur présente dans l’air intérieur est gardée. Ainsi, même en hiver lorsque la température est plus froide, l’échange

Systèmes de BedZed

d’air cause une perte limitée d’énergie thermique. Ce système ne nécessite pas une grande quantité de vent pour fonctionner, il pourrait donc s’implanter au Québec. Il est aussi très adaptatif car il s’oriente avec le vent. Les vents changeant du Québec ne poseront donc aucun problème.

Dans l’institut biologique, le positionnement de ces «cheminées» viendraient évidemment rompre avec la pureté architecturale. Ces dernières devront donc être cachées autant que possible. Nous proposons alors de les installer au-dessus du 3e étage avec la mécanique nécessaire au laboratoire. Faute d’espace, il sera nécessaire d’augmenter d’environ 2 mètres la hauteur de cette zone pour accueillir ce nouveau système. Une certaine perméabilité dans la façade de bois ajoutée permettra le passage de l’air mais camouflera autant que possible le système. Pour desservir les trois étages du dessous, un système perméable doit laisser passer l’air jusqu’au toit afin de permettre les échanges d’air.

Comme les «cheminées» se situent principalement au centre du bâtiment, les pièces aux extrémités ne pourront pas entièrement profiter du système. Ainsi,

Ventilation

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les usagers de ces zones périphériques devront ouvrir leur fenêtre pour permettre le passage de l’air. Dans la même optique que le centre culturel Tjibaou par Renzo Piano, l’air des premiers niveaux sera aspiré par la zone de pression négative engendrée par le vent passant par les cheminées et permettra un flux d’air constant.

En comparaison à la Nouvelle-Calédonie, il n’y pas toujours de vents forts au Québec. Ainsi, un système mécanique faisant passant l’air entre l’extérieur et l’intérieur sur les extrémités du bâtiment permettra un échange d’air. Ce système sera uniquement en opération lorsque les vents seront très faibles ou inexistants.

Comme dans BedZed, il est important que l’air sortant réchauffe l’air entrant pour minimiser les pertes de chaleur. Le système fonctionne très bien en Angleterre où les températures sont plus clémentes (une moyenne minimale de 4 °C en hiver contre -8 °C au Québec), mais comment pourrait-il fonctionner au Québec? La réponse réside dans le positionnement des cheminées. En effet, ces dernières transportent l’air par un conduit passant par les systèmes mécaniques nécessaires au fonctionnement des laboratoires. Comme ses derniers fonctionnent presque toujours à plein régime, la température de la zone est plus élevée. Ainsi, l’air entrant, non seulement est-il chauffé par l’air sortant, mais aussi par toutes les installations mécaniques qui font près de 5 mètres de haut.

Échange d’air dans une cheminée

Congères

FORME La nouvelle orientation ne pose aucun problème pour la formation de congère. Comme les façades longitudinales sont situées vers le Sud et le Nord, les vents forts venant de l’ouest ne viennent pas générer des congères sur la porte d’entrée.

Système de ventilation en coupe

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MATÉRIAUX LOCAUX Afin de limiter l’empreinte carbone du bâtiment lors de la construction, il sera nécessaire d’utiliser du bois venant des forêts québécoises plutôt que les forêts norvégiennes. Nous utiliserons plutôt le pin gris, qui est une essence de bois très abondante au Québec. Son fini est plutôt semblable au bois présent sur le bâtiment existant. Plusieurs forêts au Québec sont certifiées PEFC et FSC, trouver un fournisseur de bois certifié n’est donc pas un problème, citons en exemple Maxi-Forêt, Goodfellow et Adirondack qui sont situés à moins de 600km.

ADAPTATION DU SYSTÈME DE GÉOTHERMIE La géothermie fonctionne tout aussi bien au Québec qu’au Pays-Bas. Ainsi, les seules modifications qui seront nécessaires seront la profondeur des forages selon la composition du sol. Aussi, comme il a été expliqué plus haut, le circuit de géothermie sera lié au circuit des panneaux solaires thermiques pour maximiser l’efficacité de la distribution de chaleur.

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ADAPTATION DU SYSTÈME DE RÉCUPÉRATION D’EAU Le système de récupération d’eau actuel ne récupère l’eau grise sans la réutiliser.

Il serait intéressant d’intégrer un réservoir de récupération d’eau de plus pour l’utilisation dans les laboratoires ou dans les salles de bain. Ce réservoir pourra se retrouver dans une pièce mécanique et récupérer une partie de l’eau tombée sur toit et non absorbée par le terreau des jardins.

ADAPTATION DU SYSTÈME DE TOIT VERT La température plus froide du Québec limite nécessairement la diversité de végétations possibles sur les toits. Idéalement, toutes les plantations devraient être vivaces pour limiter l’entretien, mais puisque cet institut est un institut de recherche écologique, nous croyons qu’ils auraient intérêt à utiliser un système de toits verts à pots. Cela permet l’utilisation de plantes saisonnières qui peuvent être entreposées en hiver. C’est un système plus flexible qui favorisera la flexibilité des recherches.

MÉDIAGRAPHIE SITES WEB Wikipedia. Wageningen. [En ligne], 2014. [http://en.wikipedia.org/wiki/Wageningen] (19 avril 2015) WTWL. The climate of Wageningen. [En ligne], 2013. [http://www.whatstheweatherlike.org/netherlands/ wageningen.htm] (19 avril 2015) WWO. Wageningen weather averages. [En ligne], 2013. [http://www.worldweatheronline.com/Wageningen-weather-averages/Gelderland/NL.aspx] (19 avril 2015) Wind Finder. Wageningen. [En ligne], 2013. [http://www.windfinder.com/windstatistics/opheusden?fspot=wageningen] (19 avril 2015) C2C. Get Cradle to Cradle Certified. [En ligne], 2014. [http://www.c2ccertified.org/get-certified/product-certification] (19 avril 2015) ECHO. ClimaDeck avec activation du noyau de béton: avantages. [En ligne], 2012. [http://www.echobel.com/ befr/construction-utilitaire-climadeck-activation-du-noyau-de-beton-avantages.asp?lang=befr&nav=3&subnav=3-20] Wikipedia. Sherbrooke. [En ligne], 2015. [http://en.wikipedia.org/wiki/Sherbrooke] (19 avril 2015) WTWL. The climate of Montreal. [En ligne], 2013. [http://www.whatstheweatherlike.org/canada/montreal.htm] (19 avril 2015) Windfinder. Statistiques du vent et climat Sherbrooke Aéroport. [En ligne], 2015. [http://www.windfinder.com/ windstatistics/sherbrooke_aeroport] (19 avril 2015) CERDD. Bedzed : une vitrine des possibles. [En ligne], 2012. [http://www.cerdd.org/IMG/pdf/Bedzed_part1. pdf] (19 avril 2015) Canadian Passive House Institute. Certification. [En ligne], 2012. [http://www.passivehouse.ca/certification] (19 avril 2015) SteelBenchmarker. Price History. [En ligne], 2015. [http://steelbenchmarker.com/files/history.pdf] (19 avril 2015) EcoHabitation. Site web. [En ligne], 2015. [http://ecohabitation.com] (20 avril 2015) PÉRIODIQUES HARTMAN, Hattie. 2012. «Netherlands Institute of Ecology». The Green Source, no 53, p. 63.

SCHOOF, Jakob. 2012. «Research institute in Wageningen». Detail Green, no 2012-11, p. 22.

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