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L'efficacité énergétique à l'échelle des villes


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L'efficacité énergétique à l'échelle des villes

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Réduire nos consommations d‘énergie : c’est un objectif fondamental pour notre environnement et nos économies. Les habitations, les bureaux et les centres commerciaux du futur seront propres et verts. Ils intégreront des procédés innovants pour limiter les dépenses énergétiques.

Ursula Eicker, coordinatrice du projet Citynet et chercheuse à l’Université de sciences appliquées de Stuttgart affirme qu’“aujourd’hui, déjà la moitié de la population mondiale vit dans les villes et ça va encore augmenter. C’est pourquoi la question des villes et de la consommation d‘énergie est majeure pour notre avenir.”

Sa collègue Zerrin Yilmaz, professeur à l’Université technique d’Istanbul, est du même avis : “les bâtiments consomment près de la moitié de l‘énergie d’un pays. Donc, insiste-t-elle, si vous vous attaquez à la consommation des constructions, vous allez résoudre les problèmes énergétiques du pays.”

L’efficacité énergétique des villes du futur, c’est le thème de prédilection de Zerrin Yilmaz et Ursula Eicker. Ces deux scientifiques travaillent dans les universités de Stuttgart et Istanbul.

Elles participent à un programme de recherche européen qui mêle étude de cas concrets et élaboration de modèles théoriques.

Au coeur de leurs travaux : les bâtiments symboles de la vie urbain, les immeubles de bureaux aux façades de verre.

D’après Zerrin Yilmaz, “ce sont des bâtiments très hauts et high tech, dotés de systèmes automatisés très complexes. Ils consomment de l‘énergie, mais il y a actuellement, de nombreux moyens de réduire leur consommation grâce à différents types de stratégies passives.”
Les systèmes passifs contribuent à maintenir la bonne température dans les constructions en se passant d‘équipements énergivores.

Au sein de l’Université technique de Stuttgart, on a reconstitué les conditions de température dans un bureau. De puissantes lampes agissent comme les rayons du soleil sur une surface vitrée.
Ursula Eicker explique que “chauffer la pièce, on sait faire, on habille davantage le bâtiment, on installe une bonne isolation, de bonnes fenêtres, cela ne pose pas de problème, en particulier pour les bureaux. Il y a tellement d’ordinateurs qui sont en fonctionnement, et il y a les employés. Tout cela génère de la chaleur. Mais, maintenir les bureaux frais en été, même en Allemagne où le climat n’est pas si chaud, c’est un vrai problème.”

Dans cet environnement où tous les paramètres sont contrôlés, les chercheurs ont la possibilité de tester différents systèmes pour bloquer les rayons du soleil. La coordinatrice du projet Citynet souligne que son équipe “ne se contente pas de regarder comment agissent les stores, on étudie les différentes techniques dans leur globalité.

On a une façade double : derrière la première couche, il y a une seconde peau, et là on observe la circulation de l’air : quelle quantité d’air frais pénètre dans les locaux. Donc on étudie non seulement les principes thermiques et optiques, mais aussi les flux d’air.”

A Istanbul, on planche sur un exemple concret de développement urbain. Une équipe de recherche germano-turque a reconstitué en laboratoire, le centre stambouliote Kanyon qui vient d‘être construit. Il abrite une tour de bureaux, un centre commercial et des appartements. Sa maquette a été placée dans un tunnel où de l’air circule. Le flux de fumée permet de visualiser comment le gratte-ciel est soumis à l’influence de son environnement.

Comme l’explique Tobias Schulze, un doctorant de l’Université technique d’Istanbul : “s’il y a d’autres bâtiments à proximité, ils peuvent avoir une influence sur la tour que nous étudions. Il peut y avoir des turbulences dans l’air qui dépendent aussi de la direction du vent. Donc on ne se contente pas de mettre notre maquette d’une certaine façon, on doit la tourner pour l’observer dans toutes les configurations possibles.”

Autre facteur important : la pression de l’air. De minuscules capteurs installés sur la maquette permettent de la mesurer.

“La répartition de la pression est importante pour la ventilation du bâtiment, d’après Tobias Schulze. Sur la face exposée au vent, nous avons une pression positive et sur l’autre, la pression est négative. Cet écart entre les deux côtés provoque une circulation d’air dans les locaux. Ce qui peut être utile pour les problèmes de ventilation, mais aussi pour refroidir l’intérieur.”

L‘équipe de Zerrin Yilmaz a travaillé avec les architectes de la tour du centre Kanyon. Grâce aux modèles élaborés par les scientifiques, une réflexion a été menée sur l‘éclairage des locaux. Cela s’est traduit par une meilleure efficacité énergétique.

“Actuellement, explique Zerrin Yilmaz, on étudie la possibilité d‘économiser de l‘énergie grâce essentiellement à la ventilation naturelle. On a aussi d’autres sujets de recherche concernant ce bâtiment en matière d’efficacité énergétique : par exemple, des équipements photovoltaïques pour produire de l‘électricité à partir du soleil ou encore des stores plus performants pour réduire l’utilisation de la climatisation. On élabore aussi des modèles mathématiques sur la relation entre la consommation d‘énergie et le confort.”

Mais appréhender la consommation d‘énergie à l‘échelle d’une zone urbaine est une toute autre histoire. Dans cet objectif, les chercheurs ont mis au point un ciel artificiel.

Grâce à la maquette d’un ensemble de bâtiments placée sous un dôme lumineux, ils observent comment les façades des constructions passent de l’ombre à la lumière au fil de la journée. Des lampes de forte puissance placées au bout d’un bras matérialisent le soleil. Pour mieux se rapprocher de la réalité, on peut aussi modifier la luminosité du dôme.

En effet, selon Ursula Eicker, “le ciel ne brille pas partout avec la même intensité. La plupart du temps, il y a des tâches plus lumineuses à proximité du soleil. L’horizon est plus brillant. On doit recréer exactement ce phénomène pour être sûr que les bâtiments ont assez de lumière.”

Le ciel artificiel a été utilisé pour étudier le Parc Scharnhauser, près de Stuttgart. On a notamment observé comment la distance entre les différentes constructions modifiait leur exposition au soleil.
Au sein du Parc, les techniques éco-efficaces ne manquent pas. Exemple dans des bureaux qu’il faut parfois rafraîchir.

Pour cela, on trouve au sous-sol, un refroidisseur qui transforme la chaleur provenant d’une centrale biomasse situé à proximité en un liquide froid. il alimente ensuite des canalisations installées dans les étages.

Le système utilise aussi les prévisions météo pour adapter son fonctionnement et réguler la température des locaux.

Le parc de Scharnhauser est un cas exceptionnel.

Il faut dire que s’occuper de l’efficacité énergétique à une si grande échelle exige une préparation importante en amont, souligne Zerrin Yilmaz : “on doit trouver la meilleure solution pendant la phase de conception. Il faut tester les différentes possibilités pour trouver les procédés réellement efficaces. Si on trouve ceux qui seront les plus performants, on peut économiser 50% de la consommation d‘énergie. Cela représente une quantité importante parce que nous consommons beaucoup d‘électricité et de gaz naturel pour chauffer, refroidir, éclairer, etc.”

Ses équipes se sont attaquées à un vaste chantier : améliorer les procédés comme le refroidissement passif et la ventilation naturelle. Leur objectif : les mettre en place à l‘échelle de vastes zones urbaines et non plus pour un seul bâtiment.

Mais l’efficacité énergétique n’est pas qu’une question scientifique et technique, elle représente aussi un défi social.

Pour Ursula Eicker, il faut que les mentalités évoluent : “les normes dans la construction sont assez élevées aujourd’hui, mais leur efficacité n’est pas optimale. Il n’y a pas grand monde qui fait attention à ce que les systèmes soient mis en marche aux moments adéquats.

Une grande quantité d‘électricité est consommée pour la ventilation quand ce n’est pas nécessaire et qu’il y a très peu de monde dans les locaux. Et puis la lumière reste allumée.

Tout dépend beaucoup de l’utilisateur. Il doit davantage prendre conscience qu’il peut vraiment économiser de l‘énergie.”

L‘éco-construction est un terrain largement défriché par les scientifiques. Les professionnels du bâtiment leur ont emboîté le pas à une époque où les citoyens sont plus en plus conscients du problème même si, parfois, ils ne jouent pas totalement le jeu.

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