Résistant au changement climatique des bâtiments contre la chaleur excessive

Plusieurs approches peuvent être utilisées pour protéger les bâtiments contre les températures excessivement élevées. Ces options concernent la conception des bâtiments (y compris l’utilisation de technologies informatiques pour optimiser le confort thermique) et les enveloppes des bâtiments (toit, plafonds, murs extérieurs, portes, fenêtres – y compris les lunettes de contrôle solaire qui réduisent le rayonnement solaire entrant dans le logement – et les fondations).

Les solutions de conception de bâtiments comprennent des caractéristiques traditionnelles couramment trouvées dans les régions aux climats chauds, telles que:

• Rapport d’aspect du bâtiment: Le rapport entre l'espace intérieur et la surface extérieure du bâtiment, qui optimise la dispersion de la chaleur interne tout en minimisant l'absorption de la chaleur solaire.
• Éléments architectoniques: Des caractéristiques telles que des auvents, des surplombs, des abat-jour, des portiques, des murs extérieurs blancs ou légèrement colorés et des toits pour refléter la chaleur.
• Orientation solaire: Positionnement du bâtiment pour minimiser l'exposition quotidienne à la lumière directe du soleil.

Les solutions de haute technologie peuvent également jouer un rôle très important. Il s'agit notamment de capteurs qui surveillent les conditions thermiques, permettant des ajustements précis de la climatisation et de la ventilation, ainsi que l'orientation en temps réel des panneaux d'ombrage en fonction des conditions d'isolation. Les capteurs et les dispositifs numériques de régulation thermique peuvent être intégrés à des mesures de gestion de la demande, ce qui contribue à réduire l’impact de la demande de refroidissement sur les charges de pointe pendant les périodes de tension du système électrique (voir également l’option d’adaptation sur les changements de comportement individuel dans le secteur de l’énergie). Un exemple célèbre d'un bâtiment dans lequel un ensemble complet de solutions de pointe a été appliqué est l'immeuble de bureaux The Edge à Amsterdam, achevé en 2014. Son enveloppe comprend des fenêtres dynamiques, des nuances automatiques et une ventilation par déplacement. Avec 28 000 capteurs surveillant le mouvement, les niveaux d'éclairage, l'humidité et la température, le bâtiment peut s'adapter immédiatement aux besoins énergétiques, tels que l'arrêt automatique du chauffage, de la climatisation et de l'éclairage dans les zones inutilisées. De plus, les employés peuvent utiliser une application pour ajuster la température et les niveaux d'éclairage dans leur espace de travail. De plus, le refroidissement et le chauffage sont optimisés par les transferts de chaleur entre le bâtiment et un aquifère situé en dessous.

Les caractéristiques techniques de l'enveloppe du bâtiment sont cruciales pour sa capacité à contrôler les températures intérieures. Les matériaux utilisés dans l'enveloppe et leur masse jouent un rôle clé dans la rapidité avec laquelle les différences de température entre l'intérieur et l'extérieur sont compensées. Par exemple, les bâtiments traditionnels à parois épaisses en Méditerranée nécessitent beaucoup moins de climatisation que les structures modernes. Alternativement, l'utilisation de matériaux à haute résistance thermique peut aider à minimiser la chaleur entrant dans le bâtiment. Cette option est particulièrement intéressante pour rénover un bâtiment existant avec des couches isolantes qui compensent les mauvaises propriétés thermiques des matériaux de construction d'origine.

En outre, l’utilisation d’une ventilation mécanique ou naturelle, ou le stockage du froid dans des matériaux à masse thermique élevée tels que les carreaux ou les pierres, réduit le besoin de climatisation. Le stockage du froid peut être couplé à une pompe à chaleur (éventuellement basée sur un système géothermique, exploitant le différentiel entre les températures souterraines et de surface) pour augmenter la flexibilité dans le déploiement de l'air froid. Le réglage de l'humidité intérieure peut avoir un impact important sur les températures perçues et, en fin de compte, sur le confort thermique des occupants d'un bâtiment.

Les toits sont également des surfaces d’échange de chaleur importantes, et leur conception (par exemple, toits blancs, toits verts) peut contribuer à réduire considérablement les besoins énergétiques d’un bâtiment. Par exemple, la présence d'arbres augmente le flux d'air, réduit l'impact du rayonnement solaire et aide également à contrer l'effet d'îlot de chaleur urbain. Lors de la mise en œuvre de mesures pour faire face à la chaleur extrême, il est en fait important de tenir compte de l'impact des matériaux de construction et des styles de construction sur le microclimat des zones urbaines. La recherche sur l'atténuation de la chaleur urbaine favorise l'utilisation de surfaces réfléchissantes pour contrer les effets négatifs de la chaleur extrême. La réflectance de surface est un paramètre clé pour comprendre, modéliser et modifier le bilan énergétique de surface urbain, refroidir les villes et améliorer le confort thermique extérieur (Fox et al., 2018). Les solutions pour réduire l'effet d'îlot de chaleur urbain, tout en améliorant les conditions intérieures grâce à l'enveloppe du bâtiment, peuvent être abordées de deux manières: augmenter la réflexion solaire et améliorer l'évaporation et la transpiration. La réflectance solaire (albédo) des extérieurs des bâtiments et du pavage urbain peut aider à atténuer l'effet d'îlot de chaleur. Cela peut être réalisé en utilisant des revêtements de couleur froide et des revêtements réfléchissants tels que des matériaux rétroréfléchissants. De plus, l'augmentation de l'évaporation et de la transpiration peut être facilitée par les surfaces vertes et les arbres, comme les verdures verticales, les façades vertes et les toits verts.

Des informations supplémentaires sur l’utilisation des infrastructures vertes pour améliorer la qualité de vie des villes dans le contexte du changement climatique figurent dans l’option d’adaptation Climate-ADAPT «infrastructures vertes et bleues urbaines».

Une attention particulière devrait être accordée aux bâtiments historiques, étant donné que bon nombre des mesures décrites peuvent ne pas être applicables en raison des lois et réglementations existantes visant à préserver les matériaux d’origine et les techniques de construction utilisés. Différentes interventions spécifiques doivent être identifiées, planifiées et mises en œuvre, en tenant soigneusement compte des caractéristiques des bâtiments historiques et de leur signification culturelle. Il est fortement recommandé de consulter des experts en préservation historique et en ingénierie du bâtiment pour élaborer un plan de refroidissement sur mesure pour des bâtiments spécifiques. Cependant, des solutions de protection du climat qui préservent l'importance historique des bâtiments tout en conservant leur valeur architecturale et culturelle sont déjà disponibles. Quelques exemples sont fournis par le projet RIBuild.

La directive sur la performance énergétique des bâtiments permet aux États membres d’adapter les exigences minimales en matière de performance énergétique tant pour les bâtiments résidentiels (article 5, paragraphe 2) que pour les bâtiments non résidentiels (article 9, paragraphe 6, point a).

Les caractéristiques d'un bâtiment, y compris la façon dont il empêche un chauffage intérieur excessif, sont généralement une question contractuelle privée entre le constructeur et les acheteurs du bâtiment. La participation des parties prenantes peut être pertinente dans le cas de grands bâtiments publics, dans le cas où les coûts de la conception proposée sont nettement plus élevés que ceux d’un bâtiment standard, ce qui peut susciter des inquiétudes quant à l’incidence sur les budgets publics et/ou à la capacité du promoteur à trouver un financement adéquat pour le projet. Parmi les options mentionnées, la création d'espaces verts autour des bâtiments pour l'ombrage est soumise au processus d'autorisation standard. Il faut également consulter les communautés locales pour évaluer leur préférence pour cette solution par rapport à d'autres utilisations de l'espace. La participation des organisations et des autorités chargées du patrimoine culturel est nécessaire pour la rénovation des bâtiments historiques, en particulier lorsque des procédures d’autorisation spécifiques doivent être suivies.

Les principaux obstacles à la conception de bâtiments à l'épreuve du climat sont économiques et culturels. Certaines des options proposées (matériaux de meilleure qualité pour les enveloppes de bâtiment, les toits verts, l'ombrage automatique des fenêtres) sont plus coûteuses et plus difficiles à mettre en œuvre et à entretenir que les pratiques de construction standard. Culturellement, les architectes peuvent percevoir leur créativité réduite par la complexité de certaines de ces solutions. Concevoir un bâtiment avec une totale liberté de choix quant aux formes et aux matériaux, tout en s'appuyant sur la climatisation pour prendre soin du confort thermique intérieur est une perspective tentante qui réduit les défis techniques, les coûts de construction et augmente la gamme esthétique des options de conception. Cela est particulièrement pertinent pour les grandes unités de bâtiment telles que les gratte-ciel, les centres commerciaux, les campus, etc. La pertinence de cet obstacle risque de diminuer dans les années à venir à mesure que les solutions de protection du climat atteindront leur maturité technologique et que l’innovation technologique réduira leurs coûts. Cependant, rien ne garantit que la flexibilité dans la conception des bâtiments actuellement offerte par la climatisation sera jamais égalée par ces solutions.

D'autre part, en particulier pour les petites unités telles que les maisons unifamiliales ou les quartiers résidentiels de petite et moyenne taille, l'étanchéité au climat peut s'avérer un défi de conception très stimulant. Il existe un certain nombre d’initiatives dans l’UE mettant en œuvre des solutions vertes pour les bâtiments résidentiels et la planification urbaine, y compris l’écologisation des paysages urbains, des campagnes de sensibilisation et des incitations financières. Des exemples d’incitations financières peuvent notamment être trouvés à Rotterdam (subvention pour l’adaptation au changement climatique), à Hambourg (stratégie de toiture verte de Hambourg) et en Italie (bonus vert).  

En outre, la protection du climat dans les bâtiments existants, en particulier ceux du patrimoine culturel, pose des défis spécifiques, en raison des réglementations et des paradigmes de conservation. L'enjeu est de trouver un équilibre entre l'adaptation au changement climatique et la sauvegarde de l'authenticité et de l'intégrité de ces sites historiques.

Les coûts varient en fonction de la solution appliquée et du lieu où ils sont mis en œuvre en raison de la maturité différente de l'industrie et des caractéristiques locales du bâtiment. Selon l’étude de cas de la stratégie de Hambourg en matière de toits verts, les toits verts sont un investissement dont les rendements futurs sont clairs. Les coûts pour la plupart des toits verts étendus sont de l'ordre de 40-45 € /m2, tandis que les toits verts intensifs peuvent coûter environ 58 € /m2.

Les toits blancs sont nettement moins chers. Les prix de l'isolation des murs et des toits varient considérablement en fonction du matériau isolant, mais varient généralement entre 40 et 100 euros par mètre carré. Les prix des lunettes de contrôle solaire sont comparables ou légèrement supérieurs à ceux des lunettes isolantes standard couramment installées dans les fenêtres des foyers européens. Emballer un menu complet de solutions de protection climatique de pointe dans un bâtiment peut être coûteux, et il est plus facile de le faire à partir de zéro en concevant un nouveau bâtiment à cette fin. Les 39 673 m2 ^{d'espace de bureaux (plus 11 558 m2} d'espace de stationnement ^{intérieur) du bâtiment The Edge, extrêmement économes en} énergie et confortables du point de vue thermique, ont nécessité un investissement de 74 millions d'euros (coût total du bâtiment).

Ces coûts doivent être mis en balance avec les incidences bénéfiques sur les budgets des ménages, des entreprises et des administrations publiques en termes d’économies d’énergie, qui, pour les solutions de pointe, peuvent être très importantes et même entraîner une consommation nette d’énergie proche de zéro. L'augmentation des espaces verts dans un contexte urbain entraîne également un certain nombre de co-bénéfices en termes d'amélioration de la santé, de biodiversité urbaine, d'interactions sociales et d'améliorations esthétiques.

Au niveau réglementaire, les solutions techniques mentionnées ci-dessus peuvent être intégrées dans les codes du bâtiment. Lorsque cela n'est pas déjà appliqué, un mouvement réglementaire dans cette direction est conseillé pour les pays de l'UE avec un climat chaud.

La directive révisée sur la performance énergétique des bâtiments (EU/2024/1275) renforce les exigences en matière de performance énergétique applicables aux bâtiments neufs. Elle exige que tous les nouveaux bâtiments résidentiels et non résidentiels soient des bâtiments à émissions nulles à compter du 1er janvier 2028 pour les bâtiments appartenant à des organismes publics et du 1er janvier 2030 pour tous les autres bâtiments neufs, avec la possibilité d’exemptions spécifiques. Selon la directive révisée, un bâtiment à émissions nulles n'a pas d'émissions de carbone sur site provenant des combustibles fossiles et une très haute performance énergétique.  Bien qu'elles ne visent pas directement l'adaptation aux températures élevées, ces exigences nécessiteront une application généralisée des mesures décrites ici.

Le temps de mise en œuvre varie selon le type d'intervention, allant de quelques heures pour installer des rideaux et des stores à plusieurs mois voire années pour concevoir et construire un bâtiment à l'épreuve du climat à partir de zéro.

La durée de vie varie selon le type d'intervention, allant de quelques années à la durée de vie résiduelle du bâtiment.