Résilience des bâtiments au changement climatique face à la chaleur excessive

Il existe plusieurs options pour mettre en œuvre la protection climatique des bâtiments en ce qui concerne les températures excessivement élevées. Ces options concernent la conception des bâtiments (y compris l’utilisation des technologies de l’information 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 qui pénètre dans le logement — et fondations). Les solutions de conception des bâtiments incluent les caractéristiques traditionnelles des logements situés dans des pays traditionnellement chauds, tels que:

• le rapport d’aspect du bâtiment, c’est-à-dire le rapport entre l’espace intérieur et la surface extérieure du bâtiment, qui maximise la dispersion de la chaleur interne et minimise l’absorption de la chaleur par le rayonnement solaire.
• éléments architectoniques tels que les auvents, les surplombs, les nuances de fenêtres, les portiques, les murs extérieurs blancs ou légèrement colorés et le toit
• L’orientation solaire du bâtiment, qui peut minimiser l’exposition quotidienne du bâtiment à la lumière du soleil.

Les solutions Hi-tech peuvent également jouer un rôle très important. Ceux-ci comprennent des capteurs qui permettent une surveillance fine des conditions thermiques et donc un réglage fin optimisé de la climatisation et de la ventilation, et même l’orientation des panneaux d’ombrage en fonction des conditions d’isolation en temps réel. Les capteurs et les dispositifs de régulation thermique numérique peuvent également être couplés à des mesures de gestion de la demande qui aident à réduire l’impact de la demande de refroidissement sur les charges de pointe lorsque le système électrique est soumis à des contraintes (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. L’enveloppe du bâtiment comprend des fenêtres dynamiques, des abat-jours automatiques et une ventilation de déplacement. Au total, 28 000 capteurs suivent le mouvement, les niveaux d’éclairage, l’humidité et la température, ce qui permet une réponse immédiate et plus efficace aux besoins énergétiques, tels que l’arrêt automatique du chauffage, de la climatisation et de l’éclairage dans les zones inutilisées. En outre, une application fournie à ceux qui travaillent dans le bâtiment leur permet d’ajuster les niveaux de température et d’éclairage autour d’eux à l’aide de leur smartphone. Le refroidissement et le chauffage impliquent l’utilisation d’un échangeur de chaleur qui transfère la chaleur dans la direction souhaitée entre le bâtiment et un aquifère en dessous.

L’organisation de l’espace à proximité des bâtiments est également importante: la présence d’arbres en particulier augmente le flux d’air et réduit l’impact du rayonnement solaire et de l’effet d’îlot de chaleur typique des villes modernes.

Les caractéristiques techniques de l’enveloppe du bâtiment sont cruciales pour sa capacité à contrôler les températures intérieures. Les matériaux dont l’enveloppe est construite et leur masse déterminent la rapidité avec laquelle les différentiels de température entre l’intérieur et l’extérieur sont compensés. Les bâtiments traditionnels à parois épaisses en Méditerranée, par exemple, nécessitent beaucoup moins de climatisation que les bâtiments modernes; alternativement, l’utilisation de matériaux à haute résistance thermique peut réduire la chaleur qui pénètre dans le bâtiment. Cette option est particulièrement intéressante pour la rénovation d’un bâtiment existant avec des couches d’isolation 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 comme des tuiles ou des pierres, réduit le besoin de climatisation. L’entreposage frigorifique peut être couplé à une pompe à chaleur (éventuellement basée sur un système géothermique, exploitant la différence entre les températures souterraines et les températures de surface) pour augmenter la flexibilité dans le déploiement de l’air froid. L’ajustement 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 toitures sont également des surfaces d’échange de chaleur importantes, et leur conception peut aider à réduire considérablement les besoins énergétiques d’un bâtiment. Les toits verts, par exemple, peuvent contribuer de manière significative à réduire l’effet d’îlot de chaleur dans les villes en refroidissant naturellement les surfaces des bâtiments grâce à l’action de l’eau et de la végétation. Une option moins chère mais aussi efficace est de peindre des toits blancs ou dans des couleurs lumineuses et hautement réfléchissantes qui rebondissent le rayonnement solaire. Les toits blancs de qualité supérieure reflètent 80 % de l’énergie solaire; en revanche, les toits noirs ne reflètent que 5 % à 10 % (CRRC, 2013).

Les mesures décrites visent à faire face à une chaleur excessive. Cela ne signifie pas automatiquement que tous peuvent également aider à conserver la chaleur en hiver. Cependant, ceux qui augmentent l’isolation de l’enveloppe du bâtiment et l’augmentation de la masse thermique peuvent fonctionner dans les deux sens.

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Structurel et physique: options d'adaptation basées sur les écosystèmes, Structurel et physique: options technologiques

Participation des parties prenantes

Les caractéristiques d’un bâtiment, y compris la façon dont il empêche le 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 beaucoup 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 de trouver un financement adéquat pour le projet. Parmi les options mentionnées, la création d’espaces verts à proximité des bâtiments pour fournir de l’ombrage est bien sûr soumise au processus d’autorisation habituel et nécessite la consultation des communautés locales au sujet de la préférence de cette option par rapport à d’autres utilisations de la même zone.

Facteurs de réussite et facteurs limitants

Les principaux obstacles à la conception des bâtiments à l’épreuve du climat sont économiques et culturels. Certaines des options proposées (matériaux de qualité supérieure pour les enveloppes de construction, toits verts, ombrage automatisé 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 liberté totale 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 construction telles que les gratte-ciel, les centres commerciaux, les campus, etc. La pertinence de cet obstacle risque de diminuer dans les années à venir, car les solutions de protection contre le changement climatique atteignent la maturité technologique et l’innovation technologique fera baisser leurs coûts. Cependant, il n’y a aucune garantie 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 taille, l’isolation climatique 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 l’urbanisme, y compris l’écologisation des paysages urbains, des campagnes de sensibilisation et des incitations financières. Voici des exemples d’incitations financières: subvention aux toitures vertes de 30 EUR par m²^avec une couverture d’au moins 40 m² à Rotterdam (Pays-Bas), subventions aux propriétaires privés de toitures vertes prévues par la stratégie sur le toit vert de Hambourg, jusqu’à 60 % des coûts de construction; ou les incitations à l’isolation thermique des bâtiments en Italie qui peuvent couvrir jusqu’à 65 % du coût des matériaux isolants et de leur installation.

Coûts et bénéfices

Les coûts varient en fonction de la solution appliquée et du lieu où ils sont mis en œuvre. Par exemple, les toits verts en Allemagne coûtent environ 77 à 145 EUR par mètre carré, et 145 à 242 EUR aux États-Unis, en raison de la maturité différente de l’industrie et des caractéristiques des bâtiments locaux. Selon l’ étude de cas de la stratégie sur le toit vert de Hambourg, «les coûts estimés d’installation, d’entretien et de remplacement sur une période de 40 ans s’élèvent à 20 500 EUR pour une surface de 300 mètres carrés, tant pour les toits gris que verts. Lorsque l’on se concentre uniquement sur l’installation initiale, un toit vert coûte 9 500 EUR contre 3 000 EUR pour un toit gris pour 300 mètres carrés de surface».

Les toits blancs sont nettement moins chers, avec un prix par mètre carré d’environ 6,5-9,8 EUR, selon un site américain de comparaison de coûts. Les prix d’isolation des murs et des toits varient considérablement selon le matériau isolant, mais varient généralement entre 40 et 100 EUR 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 maisons européennes. L’emballage d’un menu complet de solutions de pointe pour la protection du climat dans un bâtiment peut être coûteux, et il est plus facile de le faire à partir de zéro en concevant un nouveau bâtiment à cet effet. Le bâtiment The Edge, extrêmement économe en énergie et thermiquement confortable, a nécessité un investissement de 74 millions d’euros (^plus 11,558 m² d’espace de stationnement intérieur).

Ces coûts doivent être mis en balance avec les effets 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 presque nulle. L’augmentation des espaces verts dans un contexte urbain entraîne également un certain nombre de co-avantages en termes d’amélioration de la santé, de biodiversité urbaine, d’interactions sociales et d’améliorations esthétiques.

Aspects légaux

Au niveau réglementaire, les solutions techniques mentionnées ci-dessus peuvent être intégrées dans les codes du bâtiment. Lorsque cela n’est pas déjà appliqué, une démarche réglementaire dans ce sens est souhaitable pour les pays de l’UE dotés d’un climat chaud.

La directive révisée sur la performance énergétique des bâtiments exige que tous les nouveaux bâtiments publics soient N-ZEB (bâtiments à énergie quasi nulle) depuis 2018 et que l’ensemble du parc immobilier européen soit N-ZEB d’ici 2050. Bien que ne ciblant pas directement l’adaptation aux températures élevées, ces exigences exigeront une application généralisée des mesures décrites ici.

Temps de mise en œuvre

Le temps de mise en œuvre varie selon le type d’intervention, allant de quelques heures pour installer des rideaux et des nuances à plusieurs mois, voire des années, pour concevoir et construire un bâtiment résistant au climat à partir de zéro.

Durée de vie

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

Sites Internet:

Références: