Les villes « zéro énergie », impossibles dites-vous ? On en construit déjà.

Par Jonathan Rowe
- 15 Jul 2015 - 8 min De Lecture

De nos jours, plus de la moitié de la population mondiale vit dans une ville. Et d’ici la fin de la prochaine décennie, ce chiffre va encore augmenter.

Du point de vue environnemental, les villes sont déjà responsables de la majorité de la consommation énergétique de la planète et des émissions de gaz à effet de serre. Pour combattre efficacement le changement climatique et respecter les budgets carbone impartis, faire les bons choix à l’échelle de la ville est donc crucial.

Les visionnaires de l’Internet des objets imaginent un futur où le réseau électrique « intelligent » fonctionnera à double sens et où les bâtiments « intelligents » seront connectés à des capteurs sophistiqués et à des appareils de contrôle. Grâce à ce type de configuration, les bâtiments à neutralité énergétique, soit des structures hautement efficaces qui chaque année produiront autant d’énergie provenant de sources renouvelables qu’elles ne consommeront d’énergie issue des réseaux publics, pourraient aisément devenir la norme. Malheureusement, on en est encore loin.

De nos jours, créer un bâtiment dont la consommation d’énergie est nulle est loin d’être simple, surtout quand les budgets sont limités. Il n’est donc pas surprenant que les contraintes économiques et technologiques forcent des modèles du genre, tel Masdar à Abu Dhabi, à revoir leurs ambitions à la baisse. Si des zones urbaines entièrement planifiées et bâties grâce à l’argent de l’or noir échouent, est-il possible que des villes existantes et leurs habitants y parviennent ? Et si oui, quelles leçons tirées de l’engouement actuel pour la neutralité énergétique pourraient guider le futur des villes de ce type ?

La mode de la consommation neutre

Politiques européennes, lois nationales, demandes volontaires de certification, appels à agir à l’échelon mondial… Le bilan énergétique nul est devenu un cri de ralliement quand on envisage le BTP sous l’angle du changement climatique. Les bâtiments sont des « piles » qui concentrent près d’un tiers des émissions de gaz à effet de serre de la planète.

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Entrée principale des locaux de recherche du Laboratoire national américain des énergies renouvelables. Avec l’aimable autorisation de NREL.

Les avancées technologiques peuvent nous être utiles. Des systèmes de chauffage, de refroidissement et d’éclairage plus efficaces, combinés à de meilleures enveloppes bâties et à des panneaux solaires plus puissants, rendent possible la réalisation de constructions basse énergie, voire à bilan énergétique nul, avec bien moins de difficultés qu’il y a dix ans. Les concepteurs, de leur côté, nous démontrent qu’il n’est nullement besoin de technologie futuriste : les produits courants du marché fonctionnent très bien.

Prenons l’exemple des 20 000 mètres carrés de locaux de recherche du Laboratoire national américain des énergies renouvelables (NREL). Certes, ils comportent de nouveaux dispositifs très pointus (avez-vous déjà entendu parler des « labyrinthes de stockage thermique » ?), mais l’exploitation habile des caractéristiques du site, de l’orientation et les dispositifs de façade qui amènent la lumière naturelle au fond des espaces de travail participent grandement à la conservation de l’énergie. Rien de sorcier là-dedans.

La vraie différence réside dans la démarche collaborative employée qui a été radicale si on la compare aux méthodes traditionnelles. Il fut une époque où l’on considérait l’architecte, ce « maître maçon », comme le cerveau central à l’origine de nombreuses structures intemporelles que nous admirons encore aujourd’hui. Mais dans le monde actuel de l’architecture « hyper écologique », la complexité est telle qu’une seule personne, même un architecte, ne peut détenir l’expertise suffisante pour livrer à elle seule un bâtiment à bilan énergétique neutre.

 Pour ce laboratoire national, les architectes sont donc passés au statut de « maîtres de la collaboration », unifiant et synthétisant les données d’un réseau d’experts : ingénieurs, entrepreneurs et autres bureaux d’études. Au moyen de ces données, ils ont pu atteindre des buts fonctionnels et programmatiques et obtenir les résultats fixés, tout en réévaluant régulièrement les compromis pendant la phase de projet. Les professionnels du bâtiment appellent cela la « conception intégrée » et reconnaissent sa difficulté du fait des traditions et des mentalités de chacun.

Les maquettes virtuelles sont un outil clef du bilan énergétique neutre. Au lieu d’utiliser des plans en 2D, la modélisation de maquettes 3D sert de plus en plus de source unique de vérification aux équipes de projet et de chantier. Les avantages de la 3D en matière de conception, de coordination, de choix et d’exploration sont nombreux.

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Siège de la Fondation David et Lucile Packard. Avec l’aimable autorisation de Jeremy Bitterman.

Au moment de calculer le bilan énergétique du bâtiment, les simulations de la performance du bâtiment deviennent capitales. Le comportement humain étant en soi extrêmement difficile à prédire, savoir comment les occupants utiliseront l’espace a un effet décisif sur le bilan futur. Les ingénieurs du projet du Siège de la Fondation David et Lucile Packard ont passé plus de temps que d’habitude à comprendre les variations d’usage des occupants sur une période donnée. Leurs efforts n’ont pas été vains : il s’agit à ce jour de la plus grande structure ayant reçu un label de bilan énergétique neutre.

Au-delà du bâti : le bilan neutre à grande échelle

Pris séparément, les bâtiments au bilan neutre constituent des prouesses louables en matière de formes, de systèmes, de réalisation et de fonctionnement. Cependant, leur impact dans la lutte contre le changement climatique ne sera réel que s’ils se généralisent rapidement. Que signifient ces bâtiments en vogue à l’échelle de la ville ? Est-ce qu’en voyant les choses en grand, on pourrait rendre le bilan neutre plus rentable en tirant profit des ressources générées par des grappes de bâtiments et par l’infrastructure qu’ils se partagent ?

Dans un rapport datant de 2014 (PDF en anglais), l’organisme américain New Buildings Institute avait identifié un ensemble croissant de projets tendant vers un bilan énergétique neutre, majoritairement associé au secteur de l’enseignement. La plupart étaient des bâtiments individuels, mais certains démontraient qu’un campus, un quartier et même une localité entière pouvaient afficher des niveaux d’efficacité de grande ampleur qu’aucune réalisation individuelle ne pourrait atteindre.

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Le Village Square est la place publique du West Village de l’université de Californie-Davis, avec l’aimable autorisation de Karin Higgins/université de Californie-Davis.

West Village sera la plus grande collectivité à bilan énergétique neutre des États-Unis. Il s’agit d’un campus de l’université de Californie-Davis, comprenant une mixité d’usages, qui une fois réalisé pourra accueillir une population comptant 3 500 étudiants, employés et familles. La première phase déjà achevée est occupée depuis plus d’un an et à deux doigts d’atteindre le bilan neutre qu’elle s’est fixé. Des petits problèmes techniques et les appareils électriques des occupants des appartements plus gourmands que prévu l’ont empêchée d’obtenir son statut de neutralité énergétique.

L’université de Californie-Davis n’est pas seule à prôner l’écologie. Les 673 signataires (PDF en anglais) de l’Engagement pour le climat des présidents de l’enseignement supérieur américain (ACUPCC), soulignent la magnitude de la caution que ce secteur accorde à la neutralité carbone. Les universités qui sont par nature des microcosmes urbains s’avèrent de parfaits bancs d’essai pour démontrer comment la neutralité carbone peut être atteinte à l’échelon municipal : les principes de la construction « zéro énergie » jouent alors un rôle de premier ordre au sein de la démarche.

L’université d’Arizona s’est alliée à Ameresco, le plus gros fournisseur indépendant de prestations en économies d’énergie du pays, et au Rocky Mountain Institute pour planifier une neutralité carbone sur l’ensemble de ses campus d’ici 2025. Ils espèrent réduire la consommation d’énergie grâce à une démarche globale : bâtiments performants, transports à basses émissions et augmentation du recours aux énergies renouvelables.

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Avec l’aimable autorisation du New Buildings Institute

L’exploration de la neutralité énergétique sur les campus est contagieuse. FortZED est une réalisation qui combine une partie du centre de Fort Collins et le campus de l’université d’État du Colorado. Elle aligne les mesures d’efficacité dans divers types de bâtiments et lance l’utilisation de la nouvelle génération d’électricité renouvelable en ligne.

FortZED est un exemple complet de partenariat où une ressource énergétique est employée pour tester la faisabilité de la réalisation de quartiers à neutralité énergétique au moyen de l’orchestration et de la répartition de petits systèmes de génération d’électricité renouvelable, à partir du vent, des panneaux solaires et de la biomasse. La particularité de son réseau électrique est de fonctionner à double sens. C’est impressionnant si l’on considère que nos réseaux électriques traditionnels sont conçus pour fonctionner à sens unique.

D’autres villes américaines planifient des quartiers pour 2030. Les réseaux de distribution d’énergie devront être impliqués, car la neutralité énergétique de ces quartiers finira par affecter leurs affaires. Dans une aire urbaine où le compteur de chacun affiche une consommation nulle, qui finance les réseaux de distribution qui alimentent l’éclairage ?

Et pour compliquer les choses à l’échelon de la ville, le seul usage de l’énergie du bâti ne constitue qu’une pièce du puzzle de l’urbanisme intégré, celui-là même qui doit aussi gérer l’impact des émissions de transport, l’eau courante et les déchets. Les villes à neutralité énergétique feront appel à une nouvelle génération de penseurs de systèmes « synthésistes », adeptes des défis de technologie, de gestion et de société à grande échelle, afin de semer les germes de ces villes où tôt ou tard, nous nous sentirons tous chez nous.

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