Isolation thermique estivale pour les bâtiments scolaires en bois

Silvano Raimann, chef d’équipe Énergie et physique du bâtiment, nous explique comment fonctionne l’isolation thermique estivale dans les bâtiments scolaires en bois.

Le bois affiche une masse d’accumulation moins élevée que l’acier ou le béton. Il emmagasine donc moins de chaleur. En d’autres termes, il dégage plus rapidement la chaleur dans son environnement. Pourtant, dans nos écoles en bois, il ne fait pas « une chaleur insupportable ». 

Il existe tout un éventail de mesures. Nous ne les avons pas toutes utilisées pour tous les projets. En effet, nous nous adaptons aux conditions-cadres ainsi qu’aux souhaits du maître d’ouvrage.

a)     Mesures architecturales

• L’orientation et le positionnement du bâtiment ainsi que la disposition des pièces ont une influence importante sur l’ensoleillement. Il faut tenir compte de l’endroit où le soleil se lève et où il se couche. Parfois, ce critère n’est pas compatible avec la mise en valeur de la vue. Il faut alors trouver un compromis. Utiliser l’ombre naturelle des alentours, que ce soit celle projetée par d’autres bâtiments élevés, la topographie ou des arbres, s’avère une approche judicieuse.
• Les structures d’ombrage jouent aussi un rôle clé et sont faciles à mettre en place, par exemple sous la forme d’une coursive extérieure ou d’un avant-toit. En été, lorsque le soleil se trouve haut dans le ciel, un avant-toit diminue le rayonnement solaire. En hiver, lorsque le soleil est bas, les rayons du soleil pénètrent dans les salles de classe.
• La conception et les matériaux utilisés ont une grande influence sur l’isolation thermique estivale des bâtiments scolaires. Par exemple, une façade de couleur claire réfléchit davantage les rayons du soleil et l’énergie thermique qu’ils contiennent. L’édifice se réchauffe donc moins vite. En revanche, une construction aux couleurs sombres absorbe une grande partie de l’énergie thermique, ce qui fait grimper plus rapidement la température intérieure.
• Il faut permettre une aération transversale, en particulier la nuit. Dans les salles de classe, on y parvient par exemple en plaçant des fenêtres dans les corridors.
• Bien entendu, l’aménagement extérieur du bâtiment scolaire n’est pas en reste : les surfaces imperméabilisées emmagasinent nettement plus de chaleur que celles en gravier, végétalisées ou ombragées.

b)     Mesures techniques

• La surface de fenêtre ainsi que le facteur de transmission énergétique solaire totale (valeur g) des fenêtres et de la protection solaire doivent être adaptés à la capacité d’accumulation de chaleur du bâtiment. Pour les constructions en bois ayant une capacité d’accumulation de la chaleur faible à moyenne, il convient d’optimiser les dimensions des surfaces vitrées et de viser un facteur de transmission énergétique solaire totale (valeur g) bas. Des stores pare-soleil, à lamelles ou à projection peuvent être utilisés comme protection extérieure mobile. Les bras de projection offrent notamment une illumination naturelle indirecte et permettent d’aérer les espaces.
• Une protection solaire automatisée peut également garantir des températures agréables dans les salles de classe. Dans ce cas, des capteurs gèrent automatiquement l’ombrage.
• De par leur nature, les salles de classe accueillent beaucoup de personnes, ce qui entraîne des charges internes élevées. Il faut donc tenir compte de cet aspect lors de la planification, par exemple en prévoyant un refroidissement nocturne (ventilation naturelle ou mécanique), un refroidissement passif (par exemple par le biais d’une sonde géothermique utilisant de l’électricité uniquement pour la pompe de circulation) ou même un refroidissement actif (avec pompe à chaleur dont l’électricité est générée par une installation photovoltaïque propre).

c)     Comportement de l’utilisateur

Enfin, le comportement de l’utilisateur joue un rôle et il faut aussi l’anticiper. En effet, les occupants peuvent préférer enseigner et apprendre à la lumière du jour. Il est alors important d’ouvrir les fenêtres pendant la nuit pour permettre une aération transversale, au moins à partir du premier étage. Il faut également attirer l’attention des utilisateurs sur la nécessité de faire de l’ombre à temps. En été, lorsque personne n’utilise une salle de classe, mieux vaut baisser les stores.

De manière générale, il est important de faire de l’isolation thermique estivale une priorité dès la phase de planification. Il coûte souvent moins cher de mettre en place les mesures adéquates à ce stade que de les ajouter après l’emménagement.

Un bâtiment en bois offre un cadre propice à l’apprentissage. En effet, le bois réduit la fréquence cardiaque des élèves quand ils le touchent, le voient ou le sentent. Il augmente en outre l’activité vagale si importante pour la santé. Des études menées au Japon, en Norvège, au Canada et en Autriche ont montré qu’une école en bois abaisse la fréquence cardiaque. Le cœur est ainsi moins sollicité, l’activité vagale augmente et les personnes se sentent globalement plus reposées. Leur cœur effectue 8600 battements de moins par jour dans des classes en bois que dans des salles aménagées de manière plus traditionnelle. Vous trouverez de plus amples informations à ce sujet dans l’article du Dr Maximilian.

Le bois est en outre une matière première renouvelable et respectueuse de l’environnement. La construction en bois nécessite moins d’énergie et produit moins d’émissions de gaz à effet de serre que les matériaux conventionnels. De plus, un degré de préfabrication élevé dans une usine protégée des intempéries ainsi qu’un montage rapide raccourcissent la durée des travaux.

La plupart du temps, il n’y a pas qu’un seul coupable. Tous les acteurs du projet peuvent porter une part de responsabilité : les mandants ou commanditaires (les communes ou les villes), les collaborateurs du bureau d’architecture, l’entreprise totale ou les artisans chargés de la réalisation (notamment dans le domaine chauffage-ventilation-climatisation-sanitaire). Et cela peut aussi être dû aux utilisateurs.

Quelques raisons qui peuvent expliquer le problème :

• Conceptions et objectifs peu clairs
• Mauvaise planification, en particulier une implication trop tardive de spécialistes en énergie et en isolation thermique
• Législation ou commune qui n’autorise pas des réalisations ciblées (la protection des sites construits empêche une installation photovoltaïque qui pourrait être utilisée pour alimenter une pompe à chaleur refroidissante, par exemple)
• Modifications du mandat
• Mauvaise exécution
• Assurance qualité lacunaire
• Communication imprécise ou pas assez claire
• …

La première étape consiste à prendre au sérieux la question du réchauffement climatique et de l’augmentation des journées de canicule afin de définir des exigences adaptées pour les bâtiments scolaires. La deuxième étape nécessite d’impliquer dès le départ toutes les parties prenantes du projet, non seulement les architectes, mais surtout les planificateurs spécialisés. Et ce, dès la naissance du projet. Le maître d’ouvrage exerce une grande influence sur ces deux étapes. Il peut par exemple choisir de ne pas utiliser les données climatiques de 2010 selon SIA 2028, mais de prendre en compte des valeurs plus récentes comme celles de 2035 (2020 à 2049) ou de 2060 (2045 à 2075). Les données météorologiques pour les scénarios futurs ont été collectées par MétéoSuisse et sont disponibles en libre accès (en allemand uniquement).

Lors de la planification et de la mise en œuvre, innovation et créativité sont de mise. Pour augmenter la capacité d’accumulation de chaleur, il est par exemple possible d’utiliser un refroidissement actif ou passif. Mais il faut aussi être prêt à faire des compromis : dans la construction en béton, les grandes fenêtres sont plus faciles à réaliser, mais la construction en bois se distingue par d’autres propriétés intéressantes telles que la création d’un climat intérieur idéal et d’une atmosphère optimale pour l’apprentissage. 

Un bâtiment scolaire en bois bien pensé peut être aussi performant en termes d’isolation thermique estivale qu’une construction en béton.

Merci Silvano.

Jetez un coup d’œil à nos références dans le domaine de la formation : des bâtiments modulaires et temporaires aux salles de sport en passant par les jardins d’enfants et les crèches, nous avons de l’expérience avec les écoles en bois.