Processus de conception intégré

Le processus de conception intégré (PCI) est une tendance en émergence qui se fonde « sur l’observation bien avérée selon laquelle l’intégration des changements et des améliorations est plus facile en début de processus, et s’opéra difficilement et avec plus de perturbations au fur et à mesure de l’avancement » (Larsson, 2004). Selon Keen-Green Engineering, une référence mondiale dans le domaine de l’ingénierie écologique, ce processus se compose

63 entre autres d’une série de phases qui précèdent le processus de conception traditionnel (figure 71). Celles-ci concernent notamment l’identification d’objectifs de performance initiaux clairs et mesurables, différentes collaborations multidisciplinaires (charrettes de conception, discussions) et plusieurs analyses servant à rassembler de l’information concernant la variable solaire et d’autres variables environnementales. Larsson (2004) ajoute que ces phases supplémentaires doivent aussi servir à trouver des stratégies pour réduire au minimum les charges de chauffage et de climatisation et augmenter le potentiel des énergies renouvelables et des systèmes CVCA efficaces (chauffage, ventilation et conditionnement d’air). Enfin, Larsson (2004) identifie, de façon plus précise, 15 étapes génériques à instaurer dans un processus de conception intégré :

 Évaluer les conditions du site

 Examiner le programme; établir des objectifs de rendement et des stratégies  Réunir l’équipe de conception

 Tenir un atelier de conception

 Étudier les problèmes de mise en valeur du site  Élaborer le concept

 Sélectionner le matériau de structure et les principes structuraux  Élaborer la conception de l’enveloppe du bâtiment

 Commencer à élaborer l’illumination et le système énergétique  Conception préliminaire : ventilation, chauffage et climatisation  Choisir les matériaux

 Terminer la conception et la documentation

 Élaborer des stratégies d’assurance de la qualité pour la construction  Élaborer des stratégies d’assurance qualité pour l’exploitation  Organiser la surveillance

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Figure 71 - Le processus de conception intégré (Reproduit et sous réserve de l’auteur : Keen-Green Engineering)

En regard de ce processus, l’Institut américain des architectes (AIA, 2007) stipule notamment que les phases initiales de conception devraient prendre plus de temps que dans un processus de conception traditionnel, en plus d'inclure différents professionnels participants au projet d’architecture. L’IRAC appuie aussi ce type de processus, en spécifiant qu'il est essentiel au développement d’une architecture hautement performante au plan énergétique et qu'il assure une coordination efficace entre les professionnels puisqu’il permet :

 de réduire le temps accordé aux phases ultérieures, entre 30 % et 70% (Miller, 1993);  de prendre de meilleures décisions dès les phases initiales de conception pour

augmenter la performance énergétique des bâtiments, réduire les couts relatifs à l’occupation des bâtiments, etc.;

 d’identifier et de clarifier rapidement les problèmes (Kalay, 2006; Mahdi et Alreshaid, 2005);

 d’impliquer des spécialistes dans le domaine de l’énergie, du confort et du développement durable (Lucuik, 2005);

 d'utiliser des outils de simulation pour évaluer des propositions conceptuelles (Lucuik, 2005);

 de communiquer clairement les objectifs et les stratégies de performance tout au long du processus (Oyedele et Tham, 2007);

 d’augmenter l’intégration architecturale des systèmes solaires (Munari Probst et Roecker, 2007) et de contribuer à la qualité architecturale des bâtiments (Oyedele et Tham, 2007).

65 Wilde et al. (1999) ont étudié un cas de processus de conception intégré mettant en jeu des variables environnementales, incluant la variable solaire. Tel que le montre la figure 72, la phase de conception préliminaire du projet se compose de quatre sous-phases (A1 à A4) et implique une étroite collaboration entre l’architecte (M3), les consultants en installation et en énergies renouvelables (M4), le client (M2) ainsi qu'avec les outils informatiques (M5) et le code du bâtiment (C1). Dans le cas à l’étude, les consultants ont pu assister l’architecte, valider précisément les hypothèses et collaborer efficacement selon l’évolution du projet et vers des objectifs communs.

Figure 72 - Phase de conception préliminaire décomposée en sous-phases (Reproduit et sous réserve de l’auteur : Wilde et al., 1999)

Un travail multidisciplinaire et transdisciplinaire semblable a été réalisé pour un projet à Québec avec une équipe composée d’ingénieurs (CIMA+ Québec), d’architectes (Groupe A Bélanger Beauchemin Morency Architectes & Urbanistes) et d’une consultante pour l’étude des gains solaires, d’éclairage naturel et d’occultation (Émilie Bouffard). Ce projet, du centre hospitalier de l’université Laval, consistait à ajouter une toiture complètement vitrée pour créer une cour intérieure, qui représentait une charge thermique à climatiser élevée et où une stratégie d’occultation solaire devait être mise en place en vue de limiter les risques d’éblouissement, de surchauffe et de consommation énergétique exagérée. Les résultats préliminaires ont permis de cibler, dans un premier temps, les moments les plus critiques de l’année. Pour ce faire, la situation actuelle a été simulée avec des rendus de couleurs réelles et de fausses couleurs selon un point de vue de type fish-eye (ouverture de 180°), ce qui a

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permis de clairement illustrer le risque élevé de surchauffe et d’éblouissement au solstice d’été (figure 73) en vue d’apporter des correctifs tôt dans le processus de conception.

Figure 73 - Rendus de couleurs réelles et de fausses couleurs permettant l’évaluation des valeurs de luminance, selon la fonction Luminance Image (cd/m2) du logiciel Radiance sous l’interface d’Ecotect (Émilie Bouffard, 2012)

Les résultats ont ainsi mené à proposer trois avenues de solution au plan de l’occultation, l’une d’entre elles ayant été retenue suite à une réunion d'équipe à ce propos. La première avenue faisait l’objet d’une occultation extérieure en vue de contrer les calculs de charges traditionnels et conservateurs des gains solaires et ainsi diminuer les charges et les équipements en climatisation. En raison de la faible pente du toit vitré et de la contrainte de la neige, il a été jugé judicieux de ne pas la retenir. La deuxième avenue, qui n’a également pas été retenue pour des raisons économiques, consistait en un dispositif amovible pour occulter le rayonnement d’été et utiliser celui d’hiver. La troisième avenue, qui a été retenue et développée, consistait à intégrer un masque d'ombrage directement dans le verre, avec l'objectif de diminuer l’éblouissement ainsi que l’apport de rayonnement direct, tout en respectant un facteur lumière du jour suffisant (tout cela en empêchant l’utilisation des gains solaires passifs). Cette option tient notamment du fait que les charges de climatisation représentaient l’enjeu majeur. Les simulations finales ont été réalisées avec l’ajout d’une opacité dans le verre pour représenter une sorte de sérigraphie (figure 74). Les figures 75 et 76 montrent une opacité de 30%, qui diminue les risques d’éblouissement de façon importante et le FLJ jusqu’à 6%. Compte tenu du niveau de précision sur le rendement des

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67 dispositifs d’occultation simulés, l’efficacité optimale de l’occultation ainsi développée et mesurée quantitativement et qualitativement a permis de statuer et d'envisager que les équipements sélectionnés, notamment ceux pour la climatisation, (ventilateurs, conduits, serpentins, tuyauterie), couteraient moins chers à installer et opérer, rentabilisant du coup l'étude et l'investissement initial de l'occultation. Enfin, quelques simulations supplémentaires auraient pu être réalisées pour concevoir un dispositif d’éclairage artificiel qui complèterait dans une juste proportion l’apport d’éclairage naturel et la variable thermique. Somme toute, réalisée dans le cadre d'un processus de conception intégré, cette étude a été guidée par des objectifs précis et une approche collaborative structurée, qui a pu favoriser le développement d’une architecture confortable et performante énergétiquement.

Figure 74 - Mise en contexte de la situation avec l’ajout d’une sérigraphie dans le verre (Groupe A Bélanger Beauchemin Morency Architectes & Urbanistes, 2012; Émilie Bouffard, 2012)

Figure 75 - Rendus de couleurs réelles et de fausses couleurs de la situation avec l’ajout d’une sérigraphie dans le verre de 30%, selon la fonction Luminance Image (cd/m2_{) du logiciel}

Radiance sous l’interface d’Ecotect (Émilie Bouffard, 2012)

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Figure 76 - Comparaison du facteur Lumière du Jour (FLJ), calculé à 0,8 m du plancher selon la fonction Lighting Analysis du logiciel Radiance Daylight Factors sous l’interface d’Ecotect (Émilie Bouffard, 2012)

3.4 PROCESSUS DE CONCEPTION ABORDÉ À PARTIR DES MÉTHODES DE CONCEPTION