Quand l’école Saint-Exupéry s’accapare le ciel pour « zéro énergie » à Pantin (93)

Quand l’école Saint-Exupéry s’accapare le ciel pour « zéro énergie » à Pantin (93)

Depuis 2004, la ville de Pantin s’est engagée dans le développement durable de son territoire. Suite à la création d’un service Environnement et Développement Durable et dans le cadre de l’Agenda 21, la Ville a mis en œuvre un certain nombre d’actions considérables :

- Démarche HQE pour les constructions neuves de bâtiments communaux

- Politique de maîtrise de l’énergie

- Meilleur partage de la voirie entre les différents moyens de transports

- Politique volontariste d’achats éco-responsables

- Abandon des produits phytosanitaires pour l’entretien des espaces verts

- Instances de concertation

Le projet d’école « zéro énergie » de la ville de Pantin concerne une école de 3 bâtiments comprenant 8 classes élémentaires, 4 maternelles, un restaurant scolaire, une salle polyvalente et une médiathèque. Cet établissement est certifié « NF Environnement – Démarche HQE ».

Les concepteurs ont intégré les caractéristiques de l’environnement urbain du site et des objectifs de conception bioclimatique : il s’agit d’optimiser les apports solaires en fonction de l’implantation et de la volumétrie des bâtiments.

Pour atteindre l’objectif « zéro énergie », la qualité de l’enveloppe du bâtiment a été optimisée afin d’assurer une bonne inertie. Un système de chauffage performant avec pompe à chaleur géothermique a également été mis en place. De plus, des panneaux solaires photovoltaïques permettent de couvrir les besoins en électricité mais aussi d’en revendre une partie. Les panneaux solaires thermiques permettent de satisfaire 50% des besoins en eau chaude sanitaire.

L’aménagement des espaces extérieurs est en cohérence avec l’environnement du site afin de conserver une diversité écologique. La végétation a été traitée de façon à créer des écosystèmes vivants en liaison avec le corridor écologique des bords de canal. La gestion des eaux de pluie a été pensée à l’échelle de la parcelle. Une partie de l’eau est utilisée pour les sanitaires et les usages extérieurs. Une autre partie est absorbée par les toitures végétalisées tandis que l’eau des surfaces imperméables s’écoule de manière gravitaire vers un bassin de rétention.

La démarche générale pour l’Ecole du Centre développe les dispositions suivantes :

- Tisser des relations entre les espaces extérieurs de détente et les espaces intérieurs d’étude, les deux participants aux apprentissages des enfants.

- Créer des bâtiments compacts, bien orientés, isolés thermiquement et protégés des surchauffes.

- Composer une façade urbaine sur le canal en harmonie avec le lycée voisin.

- Créer une continuité visuelle entre cour et canal au travers d’un hall vitré

- Adoucir l’ambiance le long de la rue Delizy marquée par le trafic automobile et les façades imposantes sur sa limite Est.

- Créer une continuité spatiale et visuelle avec la cour du lycée en cœur d’îlot.

Les dispositions choisies sont guidées par la démarche HQE et l’objectif ambitieux de « Zéro Énergie ».

Au travers de son appel à projet « Bâtiment Basse Consommation », la Direction Régionale Ile-de-France de l’ADEME a financé et accompagné la réflexion sur la qualité environnementale et énergétique du projet. Cela a permis d’opter pour des innovations sur le plan du confort thermique, de la gestion de l’énergie, de l’aménagement des espaces extérieurs et des ressources en eau.

Photo : Méandre

L’école est construite sur un terrain situé en bordure du canal de l’Ourcq et proche d’un ensemble de 250 logements. L’établissement comprend 3 bâtiments déliés.

L’emprise du terrain alloué à l’opération est localisé en zone Ua. Sa superficie est de 5101 m². Le terrain donne au nord sur le quai de l’Aisne, le long du canal de l’Ourcq, à l’est sur la rue Delizy. Il possède 2 accès, l’un au 38-40 quai de l’Aisne, l’autre au 15-17 rue Delizy. Le terrain est en légère pente vers le canal.

Implantation des bâtiments :

Le projet se décompose en trois bâtiments disposés parallèlement au canal et perpendiculairement à la rue Delizy délimitant des jardins thématiques.

Le premier bâtiment (bâtiment A), situé sur la limite nord du terrain le long du canal est à R+3.

Il contient :

- le hall d’entrée

- les locaux communs du groupe scolaire : salle plurivalente, salle des enseignants et bureau du directeur, infirmerie, bibliothèque, salle informatique

- les 8 classes élémentaires.

L’entrée des élèves se fait par ce bâtiment.

Le second bâtiment (bâtiment B), à R+1, est implanté perpendiculairement à la rue Delizy qui est en surplomb à cet endroit.

Il abrite :

- au rez-de-cour le centre de loisirs

- à l’étage l’école maternelle.

Le troisième bâtiment (bâtiment C), perpendiculaire à la rue Delizy, situé le plus au sud du terrain est à simple rez-de-chaussée.

Localisé là où le niveau de la rue Delizy rejoint le niveau du terrain, il abrite :

- la restauration scolaire

- la cour de récréation des maternelles, implantée sur sa toiture.

- les préaux

Plan masse et conception bioclimatique :

- l’étagement des bâtiments résulte d’abord d’une volonté bio-climatique (optimisation des apports solaires et affranchissement de l’effet de masque des bâtiments les uns par rapport aux autres).

- le bâtiment A, R+3, est implantée le long du canal et ne fait pas d’ombre aux riverains

- à l’Est, la rue Delizy a un trafic automobile dense qui génère des nuisances dont l’école doit se protéger

- la part des surfaces vitrées est limitée au maximum pour une meilleure optimisation bioclimatique, tout en répondant aux besoins en éclairage naturel des espaces de travail

- dans la gestion de l’énergie une part importante est donnée à la récupération des apports solaires passifs et actifs

- les protections solaires sont toutes mobiles, des stores en tissus extérieurs, pour assurer une protection solaire optimale en mi-saison et été, et favoriser la lumière naturelle en l’absence de soleil.

- toutes les classes et les locaux de travail possèdent au moins un ouvrant pour l’accès direct à l’air extérieur

- les conditions de confort, dans tous les locaux seront réalisés sans climatisation ni rafraîchissement.

Confort hygrothermique :

Consignes de températures et ventilation:

- 19°C pour salles de classes et d’activités

- 15°C pour circulations et locaux d’entretien

- 25m3/h par occupant

Composition des parois et des vitrages:

- optimisation de l’épaisseur d’isolation

- triple vitrage lame d’argon et deux couches faiblement émissives

Occultations des façades:

- stores extérieurs pour façades Nord et Sud bâtiment A et façade Sud bâtiment B

Confort d’été :

- ventilation diurne mécanique (ventilation double flux avec récupérateur de chaleur à roue)

- surventilation nocturne naturelle (ouvrants opaques en façades)

- ventilation naturelle pour cheminée solaire

Chauffage:

- choix des radiateurs à basse température alimentés par pompe à chaleur sur sondes verticales

Confort visuel :

Simulations:

- de tous les locaux sur le logiciel RADIANCE

- des locaux les plus défavorables sur le logiciel DIAL (pour le phase PRO)

Bâtiment A :

- augmentation des surfaces vitrées pour obtenir FLJ exigés

Bâtiment B :

- tubes solaires pour les classes maternelles au Nord au niveau R+1

- second-jour pour les classes maternelles au Sud au niveau R+1

Bâtiment C:

- puits de lumière dans la salle élémentaire

L’éclairage artificiel :

Bâtiments A, B et C:

- dessin des plans de plafonds avec luminaires

Choix des luminaires:

Utilisation d’un nombre limité de sources. 6 luminaires différents utilisant 5 sources :

- tube fluorescent (salles de classe)

- ampoule fluo compacte 26W (circulation, salles à manger)

- lampe à décharge (préau, extérieur passerelles)

- spot halogène (entrée abritée côté canal)

Simulations :

Une vérification photométrique a été réalisée par le bureau d’étude de la société iGuzzini pour une salle de classe type et la salle plurivalente.

Les résultats obtenus semblent très bon :

- salle plurivalente: 380 lux avec un coefficient d’uniformité de 0.60

- salle de classe: 360 lux avec un coefficient d’uniformité de 0.70

Energie :

Les études menées pendant ces 12 mois entre les architectes et les bureaux d’études ont consisté à réduire aux maximum les consommations énergétiques à chaque poste en limitant les besoins, et en faisant appel à des systèmes utilisant les énergies renouvelables :

- chauffage :

- réduction des besoins : bâtiments compacts, enveloppes performantes, consignes de température basses,…

- utilisation des énergies renouvelables : 15 sondes de géothermie verticale à 100m de profondeur

- ventilation :

- réduction des besoins : pas de système de climatisation mais, des enveloppes performantes qui isolent en été et hiver et des ouvrants dans chaque pièce, un système de ventilation mécanique double-flux à haut rendement…

- utilisation des énergies renouvelables : surventilation naturelle nocturne avec des ouvrants traversants, et une cheminée solaire avec un tirage en toiture sous les panneaux photovoltaïques qui génèrent de la chaleur.

éclairage :

- réduction des besoins : des façades vitrées dans chaque pièce, un nombre de luminaires réduit au minimum pour assurer le confort visuel, des cellules photosensibles qui régule la lumière artificielle en fonction de la lumière naturelle, une coupure générale de l’éclairage le soir…

- utilisation des énergies renouvelables : des dispositifs en second-jour, des tubes solaires en toitures…

- eau chaude sanitaire (ECS) :

- réduction des besoins : réduction des points d’alimentations en eau chaude,…

- utilisation des énergies renouvelables : 12m² de tubes solaires thermiques avec un appoint par la PAC,…

- équipements :

- réduction des besoins : réduction du nombre d’équipements et de leurs puissances surtout dans le restaurant et l’office…

- utilisation des énergies renouvelables : alimentation du lave-vaisselle directement en eau chaude produite par les tubes solaires thermiques…

Le RDC et les planchers RDC/R+1 sont réalisés en béton (18 cm) isolés par l’extérieur en laine minérale (10 à 20 cm selon les parois) et permettent une inertie équilibrant le confort thermique intérieur.

Le reste de l’établissement est construit en ossature bois, avec une isolation en laine minérale (20 à 34 cm selon les parois) entre les montants et recouverte à l’extérieur par un bardage bois.

Des triple vitrages à lame Argon (Uw = 0,8 W/K.m2) permettent une isolation suffisante des surfaces vitrées.

Le chauffage est assuré par une pompe à chaleur de 120 kW reposant sur 15 sondes géothermiques verticales profondes de 100m (COP>3). L’eau chaude produite à un régime de 45/40°C est ensuite distribuée aux radiateurs basse température thermostatiques des locaux via un réseau hydraulique.

Des panneaux solaires thermiques (12 m2) assurent 50% des besoins en eau chaude sanitaire, la pompe à chaleur assurant l’autre moitié. Des panneaux photovoltaïques de 1160 m2 permettent de produire annuellement 116700 kWhep, soit 33 kWhep/m2, pour une consommation totale de l’établissement de 27 kWhep/m2/an.

La gestion technique du bâtiment assure le comptage et le fonctionnement optimal des équipements pour une économie de charges énergétiques de 7000 €/an, soit une économie d’énergie finale de 9 tep/an et 7 teqCO2/an d’émissions évitées.

Tout ce travail d’ajustement a permis de réduire les consommations électriques globales des bâtiments avec le chauffage, la ventilation, l’éclairage, l’ECS, les équipements (cuisine inclus) et la pompe à chaleur à 27 kWhelec/m²SHON/an. Et ainsi l’objectif « zéro énergie » ( production du bâtiment = consommations ) est atteint recouvrant uniquement les trois toitures de panneaux photovoltaïques, soit 1170m² pour une production de 110 500 kWh/an.

Grâce aux choix constructifs et aux performances des enveloppes des bâtiments, les besoins en chauffage sont estimés à 17 kWh/m²/an. Le chauffage sera ainsi assurer par 15 sondes géothermiques de 100 mètres de profondeur pour la production de chaleur. Et la mise en place de 12m² de tubes solaires thermiques permettent de satisfaire 50% des besoins d’ECS du restaurant et de l’office.

Premier test d’étanchéité à l’air :

Après la formation théorique des entreprises, le premier test d’étanchéité à l’air a été réalisé par Manexi en décembre 2009 sur la future zone de l’administration en rez-de-chaussée.

Le taux de renouvellement d’air à 50 Pascals visé était de 0,6h-1, et les résultats obtenus ont été bien meilleurs, à 0,26h-1 , ce qui représente une surface de fuite de 5,2cm de diamètre uniquement. La valeur mesurée est plus de 2 fois inférieure à la limite imposée par le niveau d’exigence du projet (équivalent « Passivhaus »).

Focus

Une part importante de la réflexion a porté sur l’éclairage naturel et artificiel. Le choix d’une lumière naturelle a été privilégié. Ainsi, les surfaces vitrées permettent un coefficient de transmission lumineuse de 70%.

L’éclairage naturel est assuré par de grandes baies vitrées au Nord (évitant les surchauffes), des conduits de lumière dans les pièces sombres et par des revêtements muraux de couleur claire.

L’éclairage artificiel est assuré par des lampes basse consommation (tubes fluorescents et LED, de 8 à 10W/m2 en intérieur, de 4 à 35 W/m2 en extérieur). De plus, des sondes de luminosité et des capteurs de présence permettent de gérer de manière optimale la luminosité ambiante.

Facteurs de reproductivité

La particularité de ce projet réside dans la volonté du maître d’ouvrage d’afficher une politique éco-responsable. En effet, le chantier était accessible et mis en valeur auprès du grand public (visites, « fenêtres » dans les palissades de chantier, panneaux d’information ...) et auprès des riverains du quartier (réunions concernant certains points des travaux: géothermie, photovoltaïque). Une telle démarche permet d’associer, dès en amont, l’avis des riverains et du grand public aux problématiques environnementales et énergétiques, et s’avère être source de motivation et de reproductibilité pour des projets futurs.

Organisme

Ville de Pantin

Équipe de maîtrise d'oeuvre:

• Panorama Paysagistes
• ALTO Ingénierie
• AVA
• Novorest Ingénierie
• SD INgénierie
• EVP ingénierie
• Anglade structure bois
• ATPI
• Cabinet Poncet
• Bernard Vaillant
• Olivier Wogenscky

Partenaires

- ADEME Direction régionale Ile-de-France

- Conseil régional Ile-de-France

Coût

- Coût des travaux pour l’école : 10 M€

- Financement ADEME : 60 k€ HT

- Financement Région : 140 k€

Surface

SHON: 3560 m2

Bilan « Développement Durable » en chiffres

- Economies de charges énergétiques : 7000 €/an

- Economies d’énergie finale : 9 tep/an

- Emissions évitées : 17 teqCO2/an

- Revente d’électricité : 6 kWh/m2SHON/an

Date de lancement

2009