La Tunisie au Solar Decathlon design challenge 2021
Une première expérience inter-universitaire inédite

Solar Decathlon (SD) est un concours international pour étudiants initié par le ministère de l’énergie américain
(www.solardecathlon.gov). Il consiste à concevoir un bâtiment à zéro énergie, suivant une méthodologie déclinée en 10 challenges : Architecture, Ingénieurie, Analyse de marché, Durabilité et Résilience, Impact sur l’environnement, Performance intégrée, Expérience de l’Occupant et Performance énergétique. Le travail est pluridisciplinaire et en relation étroite avec la réalité du terrain. La conception se fait en collaboration avec les différents protagonistes du projet : l’architecte, le bureau d’études et les partenaires industriels. 

La Tunisie a participé pour la 1ere fois à SD en 2021, avec l’équipe Sol-Up pour la conception de la maison de l’Innovation, bâtiment de bureaux de 8000 m² pour le compte d’Enda, avec pour architecte Taoufik Ben Hadid. L’équipe comprend des enseignants et étudiants de l’école nationale d’architecture ENAU, l’école d’ingénieurs ENIM avec les spécialités de génie énergétique et électrique, l’école de design espace et image ESSTED, l’école d’agronomie l’ISACM, et de marketing l’IHEC. 

Une formation online a été proposée aux étudiants avec une série de webinaires touchant les sphères des cycles de vie des bâtiments et des matériaux, l’innovation et la circularité de l’économie dans le secteur du bâtiment avec la question des déchets et de leur récupération. De même une formation diplômante en Design Building a concerné plusieurs modules tels que: les questions de l’isolation thermique, les nouveaux matériaux de construction, la performance énergétique, l’efficacité énergétique, les systèmes de climatisation, etc…

Ainsi Pour les étudiants, Solar Decathlon représente une expérience pratique et une formation unique qui les prépare à entrer dans le monde du travail et le domaine des énergies propres.

1. CADRE REGLEMENTAIRE ET IMPACT SUR LA CONCEPTION

En Tunisie, le cadre réglementaire en matière de durabilité et d’efficacité énergétique est peu développé et est essentiellement composé de la loi sur l’efficacité énergétique 2004-72, telle que modifiée par la loi 2009-7 et la loi 2005-82, relative aux économies d’énergie et aux énergies renouvelables et des décrets associés. Ces lois encouragent l’utilisation rationnelle de l’énergie, le déploiement des énergies renouvelables et la substitution énergétique comme priorités nationales pour la transition vers des énergies moins polluantes.

Certaines des exigences réglementaires changent, comme l’utilisation obligatoire de chauffe-eau solaires pour tout nouveau bâtiment public, tandis que d’autres règlements prévoient des mécanismes d’incitation pour promouvoir la transition énergétique, comme (i) des lignes de crédit pour l’installation de panneaux photovoltaïques pour produire de l’électricité ou (ii) des droits de douane réduits et une exonération de TVA pour l’importation de matériaux et d’équipements essentiels à la gestion de l’énergie et à l’efficacité énergétique (décret 95-744) ou par des subventions directes par le biais du Fonds d’efficacité énergétique qui subventionne les projets d’efficacité énergétique. A titre d’exemple, ces subventions ont encouragé l’adoption de la technique de la cogénération.

D’autres éléments du cadre réglementaire comprennent des labels et des incitations tels que le label Eco-Bat pour la conception de bâtiments à haute efficacité énergétique, ou le programme PROMO-ISOL pour promouvoir l’isolation thermique des toits des bâtiments neufs et existants ou la loi n°2009-7 relative à la maîtrise de l’énergie dans le bâtiment. L’audit énergétique est obligatoire

Le cadre incitatif n’est pas suffisant pour promouvoir les matériaux écologiques et l’efficacité énergétique, car le gouvernement continue de subventionner indirectement les matériaux énergivores tels que la brique rouge ou le béton par le biais de subventions. En outre, il y a un manque d’incitations pour l’industrie du bâtiment à adopter et à mettre en œuvre des matériaux écologiques et à faible consommation d’énergie, faute d’exigences claires et de mise en application.

2 . CONCEPTION DU PROJET DE LA MAISON DE L’INNOVATION

Situation : Sousse, Tunisia, Climat zone : 3C

Terrain : (2527 m²), Bâtiment: 8000 m²

7 étages, 600 occupants, 12m²/personne

EUI: 13 kBtu/ft2/yr 

Consommation Annuelle STEG & SONEDE: 32000$

Budget : 12M TND, 4.4 M US$ 

Specifications techniques

Envelope: murs, fenêtres, toiture, murs intérieurs, facade sur patio Résistance thermique : R-0,73; R- 0,14 ;  R-0,52;  R-0,06 ;   R-0,43

Window performance value = U-2.5

HVAC VRF system & chauffage de l’eau

Consommation annuelle 310,3MWh/yr 

Consommation annuelle de l’eau : 13140m3/Year

Panneaux Photovoltaïques : 130 MWh/Year

Le terrain se trouve à Sousse, dans la zone nouvelle intelligente de Novation City ( 242 Ha), à l’angle d’une rue piétonne et d’une rue véhiculaire, avec une façade principale orientée Nord-est.

2 .1 RESUME DU PROJET

La conception s’articule autour de choix bioclimatiques, de la réinterprétation de concepts traditionnels et de l’intégration dans l’espace urbain, tout en mettant l’accent sur le confort et le bien-être des occupants.  La maison de l’Innovation offre aux occupants une expérience innovante, par l’usage de technologies intégrées qui simplifient l’utilisation du bâtiment et rationalisent la consommation de l’énergie, pour un lieu de travail durable et intelligent. 

L’analyse du site a conduit à une orientation du bâtiment à 45o, et à la conception d’un brise-soleil sur 3 étages, réinterprétation du moucharabieh traditionnel. La forme du bâtiment est compacte optimisant ainsi l’exposition au soleil, et donnant l’image d’un projet dialoguant avec l’espace urbain, par le jardin ouvert et le mur végétal de l’angle qui offrent une connexion à la rue piétonne. Deux zones fonctionnelles clés tournent autour d’un patio central qui améliore la ventilation transversale naturelle. L’ensemble des espaces profitent de l’éclairage naturel et de l’ambiance rafraichissante que procurent le patio avec son aménagement végétal et aquatique et le moucharabieh avec l’ombre subtile qu’il apporte à l’espace. L’aération naturelle et la ventilation croisée sont ainsi amplifiées par l’effet de cheminée.  La structure en deux blocs de tailles différentes, comprend un pôle d’innovation commun donnant sur la rue avec un toit et un mur végétal, ainsi qu’un bloc de bureaux situé à l’arrière, plus calme, avec un toit réservé aux panneaux solaires. 

La Tunisie compte peu de matériaux éco-labellisés, avec des industries et des réglementations écologiques en plein essor. Nous avons étudié les options disponibles et testé la meilleure combinaison pour optimiser l’isolation de l’enveloppe. La construction écologique présentant des surcoûts, une étude financière des coûts d’investissement, d’exploitation et d’entretien a plaidé en faveur de notre conception écologique. 

PROGRAMME

La maison de l’innovation comprend des espaces de travail, des pépinières d’entreprises, des salles polyvalentes, une cafétéria et une salle de sport. Le bloc de bureaux comprend un hall de réception et d’exposition au premier étage et des bureaux en espace ouvert aux étages supérieurs. Le parking sera souterrain pour les voitures et au niveau de la rue pour les vélos.

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2.3 PERFORMANCE INTEGREE

La performance intégrée est obtenue par (i) des solutions d’architecture bioclimatique telles que l’orientation des espaces, le vitrage et la protection solaire, l’éclairage naturel, (ii) une inertie thermique et une isolation maximales dans l’enveloppe extérieure du bâtiment, (iii) un système de VRV à haute efficacité et une ventilation naturelle, (iii) la production d’électricité solaire PV, le chauffage de l’eau et une batterie de secours, ainsi que (iv) l’utilisation de la technologie.

2.3.1 Matériaux et enveloppe

Une étude des matériaux disponibles sur le marché a été réalisé et a permis de choisir ceux minimisant les déchets, présentant une valeur R la plus élevée et permettant de supprimer les ponts thermiques grâce à la disponibilité des pièces spéciales pour angles, embrasures et linteaux. L’enveloppe est ainsi constituée d’une brique écologique enduite de plâtre projeté (la brique CERAC) pour les cloisons extérieures et un complexe d’étanchéité écologique comprenant une isolation à base de mousse polyuréthanne à cellule fermée et d’une étanchéité à membrane Sikalastic®-835. Le cloisonnement intérieur est en briques de plâtres GYPCOM en raison de ses qualités thermiques, de sa faible empreinte carbone, de la possibilité de son recyclage, et de son approvisionnement dans une petite entreprise à proximité du site qui confectionne les briques dans une usine puisant la matière première d’une carrière dans la région. 

2.3.2 Gestion de l’eau

En ce qui concerne la gestion de l’eau, deux installations distinctes équipées de surpresseurs pour alimenter les étages supérieurs ont été adoptées. La première alimente le circuit sanitaire en eau potable. La seconde sera alimentée en eau de pluie avec un complément d’eau potable si nécessaire pour l’irrigation des espaces verts. Tous les robinets seront équipés d’un capteur afin d’optimiser la consommation de l’eau.

2.4 Performance énergetique

L’énergie renouvelable la plus adéquate dans la zone est celle solaire. Elle sera utilisée pour l’éclairage et le chauffage passif, avec un toit solaire produisant de l’électricité et chauffant l’eau. La consommation sera réduite grâce à un flux variable de réfrigérant, à la climatisation et à un éclairage LED contrôlé par des détecteurs de mouvement.

Climatisation 

L’équipe a étudié les avantages et les inconvénients liés aux différents systèmes de climatisation en Tunisie, en se concentrant particulièrement sur les systèmes VRV par rapport aux systèmes de pompe à chaleur proposés par le jury SD. 

En effet, les Tunisiens ont les habitudes méditerranéennes qui se caractérisent par un alignement des réglages des températures intérieures sur le climat et sa température extérieure, réduisant le différentiel intérieur/extérieur. Le système VRV a été choisi sur la base des constatations suivantes : (i) installé de manière appropriée il a peu de chance de présenter des fuites. (ii) il consomme beaucoup moins d’énergie (iii) il permet de chauffer et de refroidir en même temps des espaces différents, ce qui est une caractéristique appréciable dans un contexte où les rayons du soleil d’un côté peuvent créer des grosses différences dans le bâtiment ; (iiii) les systèmes de pompe à chaleur disponibles en Tunisie sont bruyants et ont de ce fait un impact négatif sur le vécu des occupants, vécu pris en charge dans une démarche écologique.

Par Emna BCHIR, Architecte – Maître Assistante ENAU, Chef de projet Solar Decathlon Design Challenge 2021

Article paru dans Archibat n°53 – décembre 2021