i) L’Annexe 50 de l’Agence Internationale de l’Énergie, un programme de recherche international
L’Agence Internationale de l’Énergie (AIE), ou International Energy Agency (IEA) en anglais, mène depuis de nombreuses années un programme de recherche international intitulé « Energy Conservation in Buildings research, pilot and demonstration programme ». Ce programme regroupe une soixantaine de projets de recherche appelés « annexes ».
L’Annexe 50, intitulée « Prefabricated Systems for Low Energy Renovation of Residential Buildings » s’est déroulée de 2005 à 2011 (Zimmermann, 2012). Elle était déclinée dans huit pays européens (Suisse, Pays-Bas, Autriche, République tchèque, Portugal, Suède, Belgique et France) par l’intermédiaire de projets de recherche nationaux.
Pour la France et la Belgique, c’était le projet RECOLCI (Réhabilitation Énergétique des immeubles de logements COLlectifs par Composants Intégrés) (Ruot, 2009, 2010a). Ce projet a été financé par l’ADEME lors de l’appel à projets du PREBAT en 2007 (volet technologie) et coordonné par Arcelor Mittal Research. Les autres partenaires étaient le CSTB (Centre Scientifique et Technique du Bâtiment), Saint-Gobain Isover, Aldes, Vinci Construction France, EDF R&D et le cabinet d’architecture AETIC.
L’Annexe 50 visait à développer un concept de rénovation globale d’immeubles d’habitation basé sur :
- des toitures préfabriquées intégrant des systèmes de ventilation, d’ECS et des panneaux solaires ;
- des enveloppes très isolantes intégrant des systèmes de distribution du chauffage, du rafraîchissement et de la ventilation.
Ce projet a permis d’étudier :
- la typologie des bâtiments en Suisse et en France (Schwehr et al., 2010 ; Ruot, 2010c, 2010b) ;
- les techniques de relevé et modélisation tridimensionnels sans contact (IEA ECBCS Annex 50, [sans date]) ;
- un nouveau système constructif de rénovation (IEA ECBCS Annex 50, [sans date]) ; - six bâtiments démonstrateurs (Miloni et al., 2011 ; IEA ECBCS Annex 50, 2011b, 2011a,
2011g, 2011c, 2011d, 2011e, [sans date]) ; - des simulations de rénovation (Zweifel, 2011) ;
- les décisions d’investissement pour la rénovation énergétique (Banfi et al., 2012). Il a également permis de concevoir :
- un guide de conception des modules de rénovation (Kobler et al., 2011) ; - un guide de conception des stratégies de rénovation (Schwehr et al., 2011) ; - un outil d’aide à la décision pour la rénovation (IEA ECBCS Annex 50, 2011f).
Des exemples de réalisations de Viridén + Partner AG, un architecte partenaire de l’Annexe 50 de l’IEA, sont présentés à la figure 17 (Viridén + Partner AG, 2001, 2005).
Figure 17 : exemples de réalisations de Viridén + Partner AG avec pose de toitures préfabriquées
Les modules développés pour la rénovation des bâtiments sont des panneaux posés sur les façades extérieures des bâtiments, comme présenté en figure 18 (Zimmermann, 2010, p. 14). Ils incluent des gaines techniques pour le passage des fluides.
Figure 18 : processus de pose des modules développés dans le cadre de l’Annexe 50 de l’IEA
Les techniques de relevé et modélisation tridimensionnels sans contact qui ont été étudiées sont la photogrammétrie (mesure des dimensions à partir de photographies) et la
lasergrammétrie (mesure des dimensions avec un scanner laser). Une expérimentation a été effectuée avec un drone (IEA ECBCS Annex 50, [sans date]).
L’outil logiciel d’aide à la décision pour la rénovation des bâtiments est nommé « Retrofit Advisor » (IEA ECBCS Annex 50, 2011f). Il se présente sous la forme d’un tableur Excel. Suivant la localisation du bâtiment existant et son potentiel d’utilisation, il permet d’orienter le maître d’ouvrage vers une réparation avec les travaux minimum, une rénovation ou une démolition suivie d’une reconstruction.
ii) TES EnergyFacade, un projet de recherche pour industrialiser la rénovation
Le programme international de recherche WoodWisdom-Net a financé deux projets de recherche consécutifs : TES EnergyFacade (Heikkinen et al., 2011) de 2008 à 2009 et SmartTES (Aalto University, 2011), de 2010 à 2013. 3 pays sont impliqués : Allemagne, Finlande et Norvège.
TES EnergyFacade est un concept de façades à ossature bois pour la rénovation industrialisée (Lattke, 2010 ; Ott, Winter, 2010a, 2010b). Il insiste sur le processus de rénovation à mettre en place avec les outils associés, en particulier pour le relevé du bâtiment existant.
Son objectif est de développer une méthode pour la rénovation énergétique de l’enveloppe des bâtiments, basée sur des éléments préfabriqués de façade à ossature bois. TES EnergyFacade cible les bâtiments existants construits entre 1950 et 1980. C’est un processus systématique de mesurage, d’étude de la rénovation, de construction et de maintenance des bâtiments existants, comme représenté en figure 19 (Heikkinen et al., 2011, p. 16).
Figure 19 : schéma du processus TES EnergyFacade
Les 3 principales techniques de mesure sans contact ont été testées : relevé topographique, photogrammétrie et lasergrammétrie (voir chapitre 4-II)). Les résultats montrent que la lasergrammétrie est à préconiser dans la plupart des cas, car c’est la seule technique qui permet de mesurer la planéité des façades. Sinon le relevé topographique ou la photogrammétrie multi-images peuvent être utilisées. Il est également possible de combiner plusieurs techniques. Des exemples de modélisation par photogrammétrie et lasergrammétrie sont présentés en figure 20 (Heikkinen et al., 2011, p. 66;68).
Figure 20 : aperçus d’un logiciel de photogrammétrie multi-images (à gauche) et d’un logiciel de traitement d’un nuage de points obtenu par lasergrammétrie (à droite)
Plusieurs types de mise en œuvre des panneaux à ossature bois sont proposées, comme le montre la figure 21 (Winter et al., 2010, p. 16) :
- accrochage des panneaux par la toiture avec descente de charges ; - fixation des panneaux sur la façade étage par étage ;
- pose des panneaux sur un socle ou des fondations en bas de la façade ; - insertion des panneaux entre les planchers de la structure porteuse.
Figure 21 : 4 possibilités de mise en œuvre des panneaux à ossature bois du projet TES EnergyFacade
Plusieurs projets de démonstration ont été réalisés : en Allemagne, avec les entreprises Josef AMBROS GmbH et Huber & Sohn et avec les architectes Hermann KAUFMANN et Florian LICHTBLAU, mais aussi en Norvège.
La figure 22 (Heikkinen et al., 2011, p. 171) montre un collège technique à Risør en Norvège avant et après rénovation par Trebyggeriet AS.
Figure 22 : collège technique à Risør en Norvège avant et après rénovation par Trebyggeriet AS
La figure 23 (Helsinki University of technology, 2009, p. 29 ; Heikkinen et al., 2011, p. 165) montre la rénovation du collège Buchloe en Allemagne par l’entreprise Josef AMBROS GmbH
Figure 23 : rénovation du collège Buchloe en Allemagne par l’entreprise Josef AMBROS GmbH
iii) E2ReBuild, un projet européen qui poursuit les projets de recherche sur l’industrialisation de la rénovation
E2ReBuild est un projet de recherche européen qui a pour objectif de transformer le secteur de la rénovation basé sur la construction artisanale en un secteur industrialisé innovant, high- tech et énergétiquement performant. Il s’appuie sur les projets de recherche précédents :
- EBOB : Energy Efficient Behaviour in Office Buildings
- Inpro : Open Information Environment for Collaborative Processes throughout the Lifecycle of a Building
- ManuBuild : Open Building Manufacturing
- PV-NORD : Widespread Exploitation of Building Integrated Photovoltaics in the Northern Dimension of the European Union
- SQUARE : A Quality Assurance System for Improvement of Indoor Environment and Energy Performance when Retrofitting Multifamily Houses
- TES EnergyFacade et smartTES
Il comporte également des démonstrateurs. Il a commencé en janvier 2011 et se terminera en juin 2014. Deux rapports ont déjà été publiés : un sur les techniques de relevé 3D (Ott et al., 2011) et l’autre sur l’évaluation des modèles collaboratifs (Geier et al., 2012).
En résumé, ces projets de recherche mettent en évidence l’apport d’une structure légère rapportée sur les façades, mais aussi la nécessité de repenser la rénovation comme un processus global. Ils insistent sur les outils qui permettent une meilleure connaissance du bâtiment existant et facilitent les phases de conception, d’étude et de préparation des travaux en vue d’une industrialisation complète de la rénovation énergétique.