Bâtiments résilients : prévenir les aléas naturels et s'adapter au changement climatique

S’inspirer des modes constructifs tropicaux

Construit en 2021 dans un quartier défavorisé de Mamoudzou, le chef-lieu du département d’outre-mer de Mayotte, le gymnase du collège de Kaweni réunit de nombreuses caractéristiques d’un bâtiment résilient, grâce à des procédés constructifs qui répondent aux exigences d’un climat tropical humide, dont certains pourraient être transposés avec profit en métropole, notamment pour lutter contre les effets « îlot de chaleur ».

« Les aléas climatiques sont beaucoup plus extrêmes à Mayotte qu’en métropole, du fait de la sismicité élevée et du risque cyclonique », analyse Samuel Guillermard, directeur général adjoint de SMC2, une entreprise qui conçoit et construit des bâtiments à usage sportif implantée à Mornant près de Lyon (Rhône).

« Pour y répondre, poursuit-il, nous avons conçu pour ce gymnase, selon les Eurocodes et avec l’Atelier Mahorais d’Architecture et le bureau d’études Egis de La Réunion, une structure en bois associée à une membrane textile souple, qui résiste aux vents très élevés des cyclones, et dont la souplesse lui permet de se déformer et de très bien tenir en cas de tremblement de terre. »

Le gymnase est également adapté aux fortes chaleurs des tropiques, grâce à une ventilation naturelle : les façades orientées dans le sens des alizés sont fermées par des toiles microperforées, qui bloquent la pluie tout en laissant passer l’air, les autres étant semi-fermées avec des ventelles en bois. En complément, la couverture en toile de couleur claire permet de bénéficier de l’effet d’albédo ; autrement dit, elle renvoie les rayons du soleil pour éviter toute surchauffe venue de la toiture.

Ce gymnase d’une surface de 1.500 m² est également très vertueux sur le plan environnemental, depuis sa conception jusqu’à son exploitation à long terme, puisque les 150 m³ de bois utilisés ont permis de stocker environ 150 t de CO₂, et qu’il consomme très peu d’énergie : le chauffage n’est pas nécessaire sous un climat tropical, mais la climatisation non plus grâce à la ventilation naturelle qui va rafraîchir le bâtiment, ni même l’éclairage en journée, puisque la toile utilisée laisse passer une partie de la lumière sur les longueurs d’onde visibles, tout en filtrant les UV.

« En métropole et en Europe, nous construisons également des gymnases selon ces principes (charpente bois et enveloppe textile), précise Samuel Guillermard. Nous réduisons leur consommation d’énergie en limitant la température intérieure lorsqu’il s’agit de pratiquer des sports dynamiques comme les jeux de ballon ou le tennis tout en contrôlant l’apport d’air neuf et l’hygrométrie intérieure car c’est l’humidité qui crée une sensation de froid.

Pour les espaces sportifs nécessitant une température plus élevée (Dojo, Dance, etc.) ou les zones de vestiaires, le parti pris est de construire des bâtiments très bien isolés, toujours en bois ! »

En 2020 déjà, un an avant la construction du gymnase du collège de Kaweni, le Grand Prix était attribué au collège de Bouéni à Mayotte – auquel a participé SMC2 – lors de la première édition des Trophées Bâtiments rési­lients, lancés conjointement par la Mission Risques Naturels, l’Agence Qualité Construction (AQC) et Construction 21 pour mettre en avant des projets durables inscrits dans une démarche résiliente, faisant face à un ou plusieurs aléas naturels et climatiques⁽²⁾.

Ce prix avait été obtenu pour la réalisation de l’équipement sportif de ce collège, construit en charpente métallique selon une conception bioclimatique avec une ventilation naturelle, et conçu pour résister aux efforts sismiques, avec également une bonne gestion des eaux pluviales en surface, en évitant l’obstruction et/ou la destruction des réseaux en cas de forte pluie et de séisme.

La construction métallique, alliée du bâtiment résilient

Mais ces Trophées récompensent aussi des projets résilients réalisés en métropole, comme le montre l’immeuble de cinq étages qui a été construit rue Myrha à Paris dans le xviiie ar­ron­dis­sement en 2014, pour le compte de la Régie immobilière de la Ville de Paris, lauréat du prix Habitat collectif de cette même édition 2020 des Trophées.

« Même si on n’utilisait pas encore ce terme à l’époque, il s’agit bien d’un bâtiment résilient, car il a pu être construit à moindre coût sur un sol de mauvaise qualité dû à d’anciennes carrières », explique Kian Kamgar, président de la société Tempere Construction, l’entreprise générale de bâtiment implantée à Champagne-sur-Oise (Oise) qui a réalisé les travaux.

« Pour y parvenir, explique-t-il, on a fait le choix de le construire en charpente métallique, une conception plus légère qui se contente de fondations de 3 m – avec une injection dans le sol de coulis de béton – alors que des fondations profondes de 50 m pour trouver le bon sol auraient été indispensables pour un bâtiment entièrement en béton. »

Ce bâtiment était également en avance en matière de bilan carbone, et dans sa capacité à prévenir l’effet « îlot de chaleur », presque dix ans avant que le critère du confort d’été n’intègre la RE 2020.

En effet, à sa charpente métallique s’ajoute une ossature secondaire en bois, qui bénéficie d’une isolation à base de béton de chanvre, un matériau à la fois biosourcé et capable d’absorber l’humidité quand il fait frais et de la restituer par forte chaleur, ce qui permet de maintenir une température vivable même lors des canicules, une capacité renforcée par une toiture végétalisée.

« Équipé de panneaux solaires en toiture, très bien isolé, ce qui réduit ses besoins en chauffage, ce bâtiment présente une faible consommation énergétique – moins de 48 kWh/an/m2 – un autre critère du bâtiment résilient, conclut le chef d’entreprise. Le surcoût de l’isolant biosourcé est compensé par l’économie des fondations profondes, ce qui en fait un projet seulement 10 % plus cher environ qu’un bâtiment conventionnel. »

Les maisons Moasteel, lauréates de l’édition 2020 des Trophées dans la catégorie Habitat individuel, sont, quant à elles, une solution au retrait des sols argileux, sous l’effet de la sécheresse, qui est la cause de nombreux sinistres par fissuration des murs.

« Notre procédé de construction sur pieux métalliques – les “technopieux” – permet d’implanter nos maisons sur tout type de sols, les sols argileux ou vaseux, la tourbe », détaille Philippe Rigolot, le créateur de ce système et dirigeant d’Avenir Acier, une TPE de cinq personnes implantée à Witry-lès-Reims (Marne), qui a mis au point la maison.

D’autre part, la maison Moasteel est en charpente métallique, ce qui lui donne une structure à la fois légère et souple, et une capacité à se déformer sans se fissurer, en cas de mouvements de sols. La structure et les panneaux d’isolation extérieurs peuvent être calculés pour résister à des vents très élevés, dans une optique anticyclonique.

En ce qui concerne son impact environnemental, cette maison utilise un acier issu à 93 % du recyclage, associé à des matériaux biosourcés : la structure métallique est fermée avec des panneaux sandwichs qui créent une isolation thermique par l’extérieur, en supprimant les ponts thermiques entre murs, dalles et toiture, complétée par un doublage intérieur en plaques de plâtre et panneaux isolants à base d’herbe récupérée de la tonte des espaces verts.

« Cette conception fait que la maison Moasteel résiste très bien à l’effet canicule, et encore mieux avec une toiture végétalisée, qui peut faire baisser la température de la couverture de 10 °C », argumente le chef d’entreprise. Ce procédé constructif, qui s’applique aussi aux bâtiments collectifs et tertiaires, fait partie des 1.500 solutions efficientes contre le changement climatique, labellisées par la Fondation Solar Impulse.

Des grands bâtiments tertiaires et résilients

La résilience s’applique aussi à des bâtiments de grandes dimensions, comme le montre l’exemple des nouveaux locaux de l’ESIROI – École supérieure d’ingénieurs Réunion océan Indien – construits à Saint-Pierre (La Réunion) et lauréats d’une mention dans la catégorie « Tertiaire & industriel » lors de l’édition 2022 des Trophées.

Ce bâtiment de 3.885 m2 qui accueille 650 étudiants se distingue par son aéraulique étudiée et optimisée grâce à des études en soufflerie physique – ventilation naturelle couplée, quand c’est nécessaire, à des brasseurs d’air – et par le choix d’une structure mixte métal/parois légères, alternative au tout-béton.

Orientation du bâtiment, pignons « aveugles » à l’est et à l’ouest limitant les apports solaires sur les façades, importance de la végétation… sa conception bioclimatique s’inspire des principes de l’architecture traditionnelle créole – protéger du soleil/ventiler/végétaliser – pour maîtriser ses consommations énergétiques.

Plus près de nous, le projet Vela Verde, également au palmarès des Trophées 2022 dans la catégorie « Rénovation », qui a consisté à transformer un immeuble de bureaux en école à Lyon, montre que la réhabilitation peut aussi intégrer les principes de la résilience.

Cela se traduit en premier lieu par une optimisation des surfaces disponibles, en toiture et en sous-sol, pour contribuer à la densité urbaine et lutter contre l’artificialisation des sols : « En plus des escaliers métalliques intérieurs et extérieurs, notre lot comportait la réalisation de garde-corps pour le rooftop, et d’une pergola destinée à créer un espace végétalisé en toiture », explique Sylvain Tabillon, dirigeant de l’entreprise de métallerie Pillet, une TPE de cinq salariés implantée à Riorges (Loire), qui a pris en charge ces ouvrages.

« Nous avons également réalisé une ossature en acier en sous-sol sur d’anciennes fosses de parking pour recevoir une dalle, explique-t-il, et créer des espaces de vie supplémentaires, un niveau enterré équipé de pompes de relevage avec système d’alarme pour prévenir toute montée des eaux du Rhône qui coule à proximité. »

En plus de la végétalisation complète de la toiture et en pied d’immeuble, un travail a été réalisé sur l’enveloppe de ce bâtiment de 3.000 m2, qui accueille plus de 700 élèves et enseignants, en privilégiant les isolants biosourcés – à base de chanvre et de lin pour créer du déphasage thermique, sauf en façades pour répondre à la sécurité incendie.

« Avec mon associée architecte Sophie Sturlese, notre volonté était d’aller au-delà des exigences réglementaires, pour proposer des solutions de rupture, qui anticipent les épisodes caniculaires à venir, à l’horizon 2040 voire 2050, tout en ayant un bâtiment très sobre sur le plan énergétique », déclare Marc Campesi, maître d’œuvre du projet et dirigeant du cabinet de design global Diagonale Concept implanté à Lyon.

Pour rafraîchir le bâtiment en été, la ventilation double flux a été couplée avec une centrale adiabatique, qui permet de produire de la fraîcheur de manière passive – il s’agit de froid solaire, l’air chaud passe dans une grosse éponge et se rafraîchit.

C’est seulement quand ce procédé n’est plus suffisant – comme ce fut le cas lors de la canicule de l’été dernier – que les équipements actifs prennent le relais : le bâtiment est équipé d’une pompe à chaleur de fabrication lyonnaise – à indice GPW (Global Potentiel Warning) négatif pour ne pas relarguer de gaz à effet de serre – reliée à une centrale photovoltaïque qui fournit une partie de ses besoins électriques, mais surtout alimente un module de matériaux à changement de phase qui peut stocker des calories et des frigories, et les relâcher sans à-coups quand la température monte ou descend.

Cette pompe à chaleur a aussi la capacité de produire de l’eau chaude sans surcoût, et de l’eau atmosphérique, par récupération et potabilisation des condensats produits par les pompes à chaleur, pour pouvoir notamment arroser les espaces végétalisés. « À l’issue du projet, notre réhabilitation s’avère moins chère qu’une opération classique et, comme le montre le monitoring que nous faisons du bâtiment, sa consommation est trois fois inférieure à celle qui avait été estimée par notre fournisseur d’énergie », résume Marc Campesi.

« L’essor des Trophées Bâtiments résilients traduit une volonté commune, au sein de divers secteurs, dont ceux de l’assurance et de la construction, de mettre en œuvre des actions concrètes en faveur de la résilience du bâti existant comme du bâti neuf », ajoute Sarah Gérin-Chassang en guise de conclusion.

Lancés par la MRN à l’occasion de ses vingt ans et initialement coorganisés en partenariat avec l’AQC et Construction 21, ces Trophées ont été rejoints par de nombreux partenaires, comme la FFB, l’Association française pour la prévention des catastrophes naturelles et technologiques (AFPCNT), l’Ademe, sans oublier le soutien du ministère de la Transition écologique et solidaire et de France Assureurs.

Les deux premières éditions (2020 et 2022) ont permis de recueillir plus de 40 candidatures et de désigner 15 lauréats, avec la moitié des projets réalisés en Outre-mer lors de la dernière édition, dont certaines solutions constructives sont reproductibles en métropole.

À condition d’être pris en compte dès la conception du bâtiment et au moment de sa construction, le surcoût de la résilience peut être marginal voire nul, comparé à un coût de l’inadaptation aux risques bien supérieur, mais il augmente à mesure que l’on retarde cette adaptation dans le temps.

Si l’on envisage les surcoûts liés à la sinistralité générée par le changement climatique évalués par France Assureurs (voir encadré), et les économies d’énergie que la résilience peut générer, il y a urgence à intégrer cette dernière dans la conception des bâtiments.