La structure d’acier léger confirme son efficacité énergétique

Le bâtiment du futur pourrait bien être érigé au moyen d’une structure d’acier léger modulable à souhait et produire autant d’énergie qu’il n’en consomme. C’est du moins la vision de Mark Z. Jacobson, un éminent professeur du département de génie civil et de l’environnement de l’Université Stanford en Californie, qui a choisi le système BONE Structure pour sa nouvelle maison à consommation énergétique nette zéro (CENZ).

Membre de The Solutions Project, un groupe de recherche ayant pour objectif d’accélérer la transition vers les énergies 100 % renouvelables aux États-Unis, le professeur donne ainsi forme aux vertus qu’il prêche. Sa maison de 3 500 pieds carrés consomme très peu d’énergie et tous ses besoins en la matière sont comblés grâce à des panneaux photovoltaïques installés en toiture.

« En matière d’énergies renouvelables, la Californie fait vraiment figure de leader aux États-Unis, souligne le président de BONE Structure, Marc-André Bovet. Elle s’est d’ailleurs dotée d’un règlement exigeant qu’à partir de 2020, tous les nouveaux immeubles résidentiels affichent une consommation énergétique nette zéro. La règle vaut aussi pour les bâtiments commerciaux, qui devront satisfaire aux mêmes exigences d’ici 2030. »

Il précise que si le professeur Jacobson a arrêté son choix sur BONE Structure, c’est en partie en raison de la grande inertie thermique de ce système à ossature d’acier léger. En effet, un bâtiment certifié CENZ est un bâtiment dont les besoins en énergie sont réduits au minimum grâce à des stratégies passives, de sorte que ses besoins résiduels peuvent être satisfaits en recourant aux énergies renouvelables.

Conception intégrée

Sa conception doit donc être considérée dans son ensemble afin de prendre en compte tout facteur susceptible d’en influencer la consommation d’énergie, comme sa localisation, son exposition aux vents dominants, ou le taux d’ensoleillement, selon ce qu’explique Marc-André Bovet. Le but étant de réguler les températures intérieures, ces facteurs détermineront à leur tour certains éléments clés du design, tels que l’orientation du bâtiment, de manière à limiter ou à maximiser les gains solaires, ou encore la résistance thermique de l’enveloppe.

« On va d’abord concevoir une enveloppe parfaitement étanche et isolée, en déterminant l’emplacement des fenêtres, leur dimension et la qualité de leurs vitrages, en fonction des objectifs à atteindre, résume le gestionnaire. Puis, on va spécifier des électroménagers, des appareils d’éclairage et des équipements mécaniques peu énergivores. L’idée derrière la norme, c’est de réduire le plus possible la dépense énergétique avant même de penser aux technologies propres. »

La maison de Mark Z. Jacobson, construite sur le site même de l’université, profite ainsi d’une enveloppe doublement isolée, combinant panneaux de polystyrène expansé et polyuréthane giclé à cellules fermées. Ce dernier, en jouant également le rôle de pare-air et de pare-vapeur, assure en outre l’étanchéité de l’enveloppe, en plus de couper la quasi-totalité des ponts thermiques.

« Pour minimiser encore davantage les surfaces de conduction, chaque connecteur individuel est en plus isolé par un élément de polymère fixé de l’extérieur, signale Guillaume Bazouin, le directeur du développement des produits de BONE Structure. Avec cette approche, on atteint une résistance thermique de R 28 pour les murs et R 50 pour les plafonds, pour un taux d’infiltration de 0,8 changement d’air à l’heure (CAH), ce qui est excellent quand on considère que Passivhaus impose un taux de 0,6 CAH. »

Économies d’échelle

Il note également que cette combinaison de mesures permet de réduire, en fonction des réglementations locales et des conditions géographiques, jusqu’à 80 % des besoins de chauffage et jusqu’à 60 % des besoins en climatisation. Pour la maison CENZ de l’Université Stanford, les besoins énergétiques résiduels, dont la recharge de la voiture électrique, seront satisfaits par l’énergie solaire. Le système d’alimentation photovoltaïque sera par ailleurs combiné à une batterie Powerwall de Tesla.

Mais la résistance thermique de l’enveloppe n’est pas le seul avantage à avoir retenu l’attention du professeur Jacobson, lorsqu’il a opté pour le système de l’entreprise lavalloise. Les éléments structuraux, faits d’acier recyclé à 89 % et préfabriqués avec précision, ont aussi pesé dans la balance.

« Les ouvertures prédécoupées au laser dans les composants facilitent le passage des câbles électriques et des conduites de ventilation et de chauffage, mais aussi leur maintenance et leur entretien, note Guillaume Bazouin. Les éléments structuraux, qui s’emboîtent les uns dans les autres, s’assemblent aussi très rapidement au moyen de simples vis. Le chantier est donc réalisé en accéléré et ne génère aucun déchet. Pour la maison de Stanford, la structure a été assemblée en moins d’une semaine. »

Les grandes portées qu’autorise le système BONE (Guillaume Bazouin parle de 25 à 30 pieds suivant les contraintes sismiques de vent et de neige) auraient aussi séduit Mark Z. Jacobson. En éliminant la nécessité d’ériger des murs porteurs, elles offrent en effet une plus grande latitude sur le plan du design et permettent de faire évoluer facilement le bâtiment en reconfigurant l’espace existant.