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Chapitre 2 : Les bases pour la proposition d’une nouvelle méthode d’évaluation

2.1. L’approche performancielle et sa mise en place

2.1.2. Le bâtiment comme un système

Le bâtiment, vu comme un produit, demeure un système complexe. Un des principes utilisés pour résoudre des problèmes de large échelle est le principe du divide-and-conquer, en français Diviser-et-Conquérir (Figure 2-5). Cette pratique permet de décomposer un problème de départ à priori complexe à résoudre, en plusieurs sous-problèmes, plus petits, mais plus simples à résoudre. La hiérarchisation des sous-problèmes permet ensuite, grâce un processus d’intégration, de proposer une solution au problème initial.

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Figure 2-5 - Approche systémique pour le bâtiment (Capasso, 2006)

La Tableau 2-2 résume les différents types de découpages proposés pour le bâtiment et recensés dans la littérature, et elle permet de faire une analogie entre les différents composants déterminés par les auteurs. Des spécifications concernant les divers découpages sont explicitées sous forme de fiches de synthèse en ANNEXE A.

Le découpage permet d’étudier les composants singulièrement et de remonter, après, à l’échelle du système par intégration. Il s’agit d’un réarrangement des informations ou de l’adoption d’un nouveau point de vue, plutôt qu’une simplification du problème. En effet les différents types de découpages montrent la complexité du sujet et la variété des motivations exprimées. Chaque découpage est justifié par la mise en évidence d’un aspect distinctif en rapport avec les objectifs de performance à atteindre. Les enjeux principaux des auteurs sont : la flexibilité, l’adaptabilité, la réversibilité du système, mais aussi une industrialisation du processus de la construction et une aide à la conception.

De plus, le choix d’un découpage soulève implicitement un certain nombre de contraintes d’intégration :

- La définition des relations entre sous-systèmes ;

- La maîtrise des connections/interfaces physiques entre composants (industrialisation des jonctions) ;

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Tableau 2-2 - Résumé des différents types de découpage recensés assemblées en fonction de la thématique abordée Sistema

tecnologico Intégration Sharing Layers Open Building Open house Slaughter Fonctionnel (UNI, 1981) (Rush, 1986) (Duffy, 1990) (Brand, 1994) (Schmidt III & Austin,

2016)

(Habraken,

2002) (Leupen, 2006) (Setién, 2014) (Slaughter, 2001) (Gobin, 2003) Partizioni

esterne Surroundings

Attrezzatura

esterna Site Adaptation

Struttura

portante Structure Shell Structure

Skeleton/ base building

Structure Skeleton

Structure Structure

Chiusure Envelope Skin

Infill /fit-out

Skin Envelope Exterior

enclosure Enveloppe Impianto di

fornitura

servizi Mechanical Services Services

Services Services

Services Equipements Partizioni

interne

Interior Scenery Space plan

Scenery

Infills Interior finish systems

Partitions Attrezzatura

interna Set Stuff Parachèvements

Social Access

Impianto di sicurezza

Open spaces

De manière générale, il faut mettre en relation le système technique découpé avec les modélisations spatiales et humaines. Une tentative d’intégration de ces concepts est présentée par Mallory-Hill (Mallory-hill, 2004) qui propose un modèle tridimensionnel du problème pour l’évaluation de la performance globale d’un bâtiment (Figure 2-6).

Figure 2-6 – Evaluation de l’environnement intérieur du niveau Lieu de Travail (Mallory-hill, 2004)

Le modèle est inspiré par la contribution de David Lantrip qui montre les différentes échelles spatiales et l’interaction entre les aspects humains et l’environnement pour différents niveaux de

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performance. Mallory ajoute à ce modèle la technique du système à travers les sous-systèmes de Brand (Brand, 1994).

La projection du modèle tridimensionnel génère 180 cubes représentant un sous-domaine d’enquête, développé par rapport aux performances à atteindre.

En considérant les divers types de découpages analysés, nous proposons la hiérarchie suivante : le système, c’est à dire l’ouvrage, est composé d’un nombre de sous-systèmes qui seront pris en compte dans la conception. Ce type de découpage en systèmes reprend la structure des ensembles fonctionnels proposés par Gobin (Gobin, 2003). Ce type de découpage concerne 6 sous-systèmes fonctionnels, définis dans le Tableau 2-3 : l’Adaptation au Site (ASi) ; la Structure (Str) ; l’Enveloppe (Env) ; les Partitions internes (Part) ; les Equipements (Equ) ; les Parachèvements (Par).

Tableau 2-3 – Les sous-systèmes fonctionnels proposés par Gobin (Gobin, 2003)

1. Adaptation (ASi) Ensemble de composants permettant l’insertion dans le site et les divers branchements aux réseaux

2. Structure (Str) Composants permettant de supporter les surfaces d’activité 3. Enveloppe

(Env) Composants permettant de mener des activités en dehors des intempéries

4. Partitions (Part) Ensemble des composants délimitant les zones d’activités et de ceux en permettant l’accès 5. Equipements

(Equ) Ensemble des composants permettant l’usage des outils et assurant le maintien de l’ambiance

6. Parachèvements

(Par) Ensemble des composants qui assurent la finition de chaque précèdent sous-ensemble.

Même en ayant un point de vue diffèrent, ce type de découpage demeure très proche de celui exposé par Brand (Brand, 1994) dans sa théorie des Sharing Layers, qui demeure à la base de diverses applications. En effet, le point de vue de Gobin se concentre sur la fonctionnalité des systèmes, alors que Brand découpe le système technique en fonction de la durée de vie des sous-systèmes. En se basant sur ce dernier, Schmidt (Schmidt III, et al., 2011) propose une méthodologie pour la maîtrise et l’intégration des divers sous-systèmes avec l’objectif d’étudier l’adaptabilité du système global. Les mêmes auteurs, proposent ensuite leur propre découpage dans lequel ils ajoutent, à la base proposée par Brand, deux autres niveaux. Les deux niveaux supplémentaires concernent un sous-système « social » (social) permettant de modéliser l’occupant comme faisant partie du système, et un sous-système « environnement » (surroundings) dans lequel considérer l’ensemble des éléments caractérisant le contexte physique extérieur (Figure 2-7) (Schmidt III & Austin, 2016).

Dans le cadre de la thèse nous avons décidé de réaliser le même exercice et de proposer un découpage qui pourra être utile en terme d’expression des fonctions et de vérification des spécifications techniques pour l’ensemble du système.

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Figure 2-7 – Représentation du découpage de Schmidt (Schmidt III, et al., 2011)

En référence à l’état de l’art présenté, nous avons décidé de faire référence aussi au découpage proposé par Schmidt III (Schmidt III, et al., 2011) et d’inclure dans le découpage fonctionnel deux autres milieux qui demeurent, dans notre cas, plutôt comme des systèmes influençant le bâtiment du point de vue de la performance énergétique et la qualité d’ambiance : l’occupant (Occ) et le contexte extérieur (CEx). Cela nous permet d’inclure dans le système les alentours du bâtiment et les occupants afin de mieux définir les variables à prendre en compte pour les évaluations. En continuant dans la spécification des niveaux, les sous-systèmes sont composés par des composants. A titre d’exemple nous reportons le découpage relatif à l’enveloppe du bâtiment. Concernant l’enveloppe on retrouve : la toiture, le plancher bas et les parois opaques et transparentes. Cette distinction est nécessaire car les fonctions, les charges, les risques concernant la mise en œuvre et les caractéristiques des divers composants ne sont pas les mêmes. En descendant de niveau, les composants sont réalisés à travers l’assemblage d’éléments. Ces éléments peuvent être plus ou moins intégrés selon la typologie du composant (Hauglustaine, et al., 2006). Ce découpage permet de spécifier les caractéristiques afférant à chaque élément (par exemple, pour l’isolation il serait possible de définir les typologies en panneaux rigides, semi rigides ou souples et en vrac) tout en connaissant les problématiques relatives à mise en œuvre, mais aussi de résoudre les connexions entre les éléments et les composants afin de maitriser les risques de variation de la performance. Une paroi en béton de chanvre et ossature bois peut être décrite comme une paroi multicouche avec une couche d’isolation thermique intégrée à la structure, sans équipements et avec finitions internes et externes.

Le dernier niveau de détail est représenté par le matériau. Cette catégorie fournit une information à la fois sur les caractéristiques techniques (conductivité thermique, chaleur spécifique, masse volumique, etc.) et, d’autre part, sur la disponibilité locale et sur l’impact environnemental que l’on peut avoir. La Figure 2-8 représente la hiérarchie et développe un exemple concernant l’isolation de l’enveloppe.

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Figure 2-8 - Hiérarchie et exemple de développement du découpage

Pour développer les systèmes complexes et multidisciplinaires, l’ingénierie système utilise notamment la méthode du « cycle en V » (Figure 2-9).

Dans le « cycle en V » on retrouve plusieurs étapes:

- Identification des exigences qui seront traduites en performance à atteindre par le système ; - Identification du système et découpage hiérarchique en sous-systèmes et éventuellement

en composants ;

- Définition des comportements et des relations entre sous-systèmes et définition des interfaces ;

- Les sous-systèmes sont intégrés ; ils sont aussi validés et vérifiés par rapport au référentiel initial ;

Figure 2-9 - Cycle en V pour le développement d’un produit (Roozenburg & Eekels, 1995)

Il s’agit d’une modélisation déjà largement utilisée dans le secteur industriel, dans lequel, par contre le système est composé par des composants standards et un assemblage séquentiel établi dans une usine qui ne change pas ses conditions limites.

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Dans le bâtiment ce cycle demeure difficilement adaptable à cause de l’unicité du contexte, des décisions et du produit.

L’organisation humaine et technique constituant le projet de construction est aussi un système, c’est ce que nous avons appelé le système « pour faire ». Le système « pour faire » influence très largement le produit de la construction (système « à faire ») en termes de qualité, de coût et de délais de réalisation.

Garantir les performances du produit et du projet, ce qui est l’objet de la constructibilité, consiste à analyser et maitriser ces interactions. Ce principe peut être modélisé par un « double cycle en V » (Figure 2-10). Le premier V correspond au système à faire (produit) et le deuxième V au système pour faire (projet). La constructibilité consiste alors à étudier et à mieux maîtriser les interactions entre ces deux « V ».

Figure 2-10 – Nouvelle vision du cycle en V (double cycle en V), proposé par l’IRC, adapté à la construction, qui modélise à la fois le système à faire et le système pour faire. Le lien entre le deux se fait à l’aide de la constructibilité.

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2.2. Etat de l’art des outils et des méthodes afférant à la