CHAUFFAGE
Install Magazine 943 – septembre 2017
Une installation durable avec des pieux énergétiques
Le bureau d’architecture DMOA équipe son propre bâtiment d’un système innovant
Le bureau d’architecture DMOA a voulu mettre en pratique une série de concepts innovants dans le nouveau bâtiment.
Dans le cas du pieu énergétique, un échangeur de chaleur est intégré dans le pilier de fondation.
Les échangeurs de chaleur dans les pieux ont été raccordés à un collecteur.
On a eu recours à l’activation du noyau de béton comme système d’émission de base. Ce dernier comprenait notamment une construction en béton activée pour le toit.
Pour un bureau d’architecture, ses propres locaux représentent une carte de visite. Le bureau d’architecture de Louvain DMOA a saisi l’opportunité de la construction d’un nouveau bureau pour mettre en pratique sa propre vision de l’énergie et du confort durable. Pour le confort thermique, on a opté pour la combinaison de l’activation du noyau de béton avec une pompe à chaleur et des pieux énergétiques servant de source de chaleur.
Se servir de son propre bâtiment comme objet d’expérimentation
Le choix des pieux énergétiques fut induit par des considérations techniques. La surface au sol de l’immeuble était assez réduite, de sorte qu’il fallut construire en hauteur. Le sous-sol est toutefois très boueux à cause du ruisseau tout proche. Le projet nécessita donc une vingtaine de pieux de fondation pour étayer le volume souhaité. Dans la mesure où DMOA voulait travailler avec de l’activation du noyau de béton, associée à une PAC géothermique et à du refroidissement passif, il sembla évident de se servir également de ces pieux de fondation comme source de chaleur. Ils devaient de toute façon être plantés ; et les frais supplémentaires pour poser des conduites hydrauliques, n’étaient pas énormes. DMOA put par ailleurs ainsi se passer d’un champ de forage supplémentaire.
Les pieux de 10 m de profondeur furent alors équipés de conduites hydrauliques. Les sondes de sol sont groupées en quatre circuits de chaque fois cinq pieux, selon un raccordement Tichelman. En mode estival, on passe au refroidissement passif afin de régénérer le système.
Dimensionnement
Le dimensionnement est toujours un point délicat avec les pieux énergétiques. Lors de la conception d’un champ de forage géothermique, le nombre, la profondeur et la configuration des forages peuvent toujours dépendre des propriétés thermodynamiques de la PAC. Les pieux énergétiques servent néanmoins avant tout de fondation, et ce sont donc les exigences de stabilité qui se révèlent décisifs. Dans le cas qui nous préoccupe, il s’agissait de 20 pieux de 10 m de profondeur avec un entraxe de 1,5 m, soit une configuration qui n’est pas idéale pour une source de chaleur géothermique.
Lors de la réalisation du projet, il est aussi apparu qu’on disposait à peine de données expérimentales à propos de cette technique dans nos régions. Alors que les pieux énergétiques sont appliqués relativement couramment aux Pays-Bas, DMOA ne peut compter à Louvain que sur un unique autre projet, le bâtiment OCMW dans la Fonteinstraat (voir L’Entreprise 922). Il fut décidé d’activer tous les pieux et d’extraire le maximum de cette configuration, pour voir en pratique jusqu’où on pourrait aller.
D’après le calcul théorique des déperditions thermiques, les besoins calorifiques du bureau s’élevaient à 12 kW. En se basant sur une règle empirique de 50W/m, les pieux énergétiques ne pourraient donc pas fournir suffisamment de puissance. On décida tout de même de placer une installation de 10 kW, soit la puissance maximale pouvant être délivrée par les pieux énergétiques. Benjamin Denef du bureau d’architecture se montre très confiant : « Les besoins calorifiques d’après le calcul officiel partent d’une situation très défavorable, à savoir que le bâtiment doit être chauffé à une température extérieure de -10°C. Il va de soi que cela arrive extrêmement rarement, et que pour la plus grande partie de l’année, nous disposons d’une certaine marge de sécurité. Le calcul des déperditions thermiques ne tient en outre pas compte des gains thermiques internes et externes, alors que ceux-ci coexistent bel et bien. »
Étant donné que la surface d’échange des pieux énergétiques est relativement limitée, il convient d’opter pour une grande différence de température si on veut atteindre la puissance exigée. Cela entraîne automatiquement des problèmes de gel des pieux, avec des soucis de stabilité en conséquence. Ceci aussi s’avéra moins gênant que prévu. Même lorsqu’il gèle, la capacité portante des pieux ne diminue que très peu. Les fondations se trouvent dans ce cas-ci sur une couche de sable : la capacité portante des fondations a dès lors été calculée sur la pression et non sur l’adhésion. Même si l’effet adhésif devait diminuer à cause du gel, la stabilité ne devrait pas en pâtir. Si la puissance devait s’avérer insuffisante, le bureau d’architecte envisagerait alors d’installer un échangeur de chaleur supplémentaire dans le ruisseau voisin. Autre possibilité d’extension : l’installation d’un chauffe-eau solaire pour l’ECS.
Systèmes d’émission
La pompe à chaleur est une Vitocal 300 G de Viessmann de 10 kW. Celle-ci est reliée à trois circuits mélangeurs. L’un d’entre eux dessert l’activation du noyau de béton, qui fournit la plus grande part du confort thermique. Afin de s’assurer que l’étage supérieur ne devienne pas trop chaud, on a posé une construction de toiture massive en béton, qui est également activée. Le deuxième circuit dessert la salle de réunion, qui est équipée d’un chauffage par le sol. Vu le profil d’utilisation de ce local, un système à réaction plus rapide que l’activation du noyau de béton s’est révélé nécessaire. Le troisième circuit est relié au studio, au rez-de-chaussée. Un chauffage par le sol a ici été posé vu les exigences de confort de ce dernier. Une production d’ECS a également été prévue.
La régulation fait en sorte de maintenir constamment l’ensemble du bâtiment à 20°C en période de chauffe. En mode été, le refroidissement s’enclenche à partir de 24°C de température intérieure. À chaque étage, il y a un capteur pour la température, le CO2 et l’humidité relative, sur base duquel le SGB règle le chauffage et la ventilation.
Programme de monitoring
Les trois circuits mélangeurs sont équipés d’un module VitoTrol KNX de Viessmann, pour la régulation et le monitoring. Via le système KNX, on peut également analyser les données de fonctionnement de la pompe à chaleur. Le but est de raccorder l’ensemble de l’installation à un système de gestion énergétique de Bynubian. Il s’agit d’une entreprise gantoise qui est spécialisée dans les softwares de gestion conviviaux pour bâtiments intelligents. Ce dernier permet de cartographier tous les flux énergétiques : non seulement le chauffage, mais aussi la ventilation, l’électricité (tant la consommation que la production des panneaux photovoltaïques) et de les comparer avec des paramètres ambiants comme la température extérieure, le taux de CO2, etc.
Bureau écologique
Avec son propre bureau, DMOA désirait concilier économie d’énergie et confort d’utilisation. Cela ressort notamment du concept de ventilation. Le débit est en permanence commandé sans palier, en fonction du CO2 et de l’humidité relative. Si un collaborateur ouvre une fenêtre, le système va donc automatiquement adapter l’amenée d’air. « Le fait de pouvoir ouvrir les fenêtres constitue une partie importante du confort d’utilisation », ajoute Benjamin Denef. Le système HVAC ne peut donc pas se trouver dans le chemin. C’est pourquoi on a utilisé un maximum de lumière naturelle : d’un côté, c’est plus agréable, et de l’autre, cela réduit la consommation d’électricité et les gains thermiques.
Il y a encore quelques aspects intéressants d’un point de vue purement architectural. La façade extérieure reçoit une plaque alvéolaire extérieure autoportante très fine en béton compacté, dans laquelle est incorporée une variante de sable local –le sable chocolat- de Lubbeek. Le Projet Xylophpne apporte une touche ludique : il s’agit d’une série de planches sonores insérées dans la façade, qui sont reliées à des détecteurs de mouvement et qui font du bruit lorsque des passants longent la façade.
Un travail de pionnier
Le concept comprend donc beaucoup d’aspects innovants et d’idées audacieuses. « C’est l’avantage de pouvoir réaliser un concept pour soi-même », explique Benjamin Denef. « On ne peut pas se permettre autant d’expérimentations avec un client normal. Il nous reste maintenant à voir, à partir de notre propre expérience, ce que ce concept apporte, et comment nous pouvons l’optimaliser. »
Par Alex Baumans
Photos: DMOA
