Solutions fondées sur la nature dans les écoles: un moyen vert d’adapter les bâtiments au changement climatique à Solana de los Barros, Estrémadure (Espagne)
Différents types de toitures vertes, de façades vertes, de revêtements perméables et de systèmes de ventilation ont été testés dans un bâtiment scolaire espagnol pour faire face à l’augmentation des températures et à la pénurie d’eau. La mise en œuvre d’un système de suivi détaillé a révélé des résultats positifs indiquant un potentiel de réplication élevé et une éventuelle intégration de solutions fondées sur la nature dans le code national du bâtiment.
Dans une école située à Solana de los Barros (Badajoz, Estrémadure, Espagne), plusieurs solutions basées sur la nature (NbS) ont été conçues et mises en œuvre pour minimiser les impacts climatiques, dans le cadre du projet LIFE de l’UE myBUILDINGISGREEN LIFE. Le NbS mis en œuvre se compose d’une série de toits verts, de façades vertes et d’autres NbS divers pour l’ombrage et la «récolte de l’eau» qui sont destinés à: (I) maintenir les températures intérieures basses pendant les périodes chaudes et ainsi minimiser la consommation d’énergie pour le refroidissement, (ii) créer de l’ombre et (iii) améliorer la rétention d’eau autour des bâtiments en minimisant le ruissellement des eaux de pluie. Un système de collecte des eaux de pluie a également été mis en place pour alimenter le système d’irrigation nécessaire à l’entretien des espaces verts de l’école. Pour améliorer l’effet de ces NbS, plus d’arbres ont été plantés dans les espaces extérieurs et un système de ventilation automatisé a été mis en place pour fermer et ouvrir les fenêtres de l’école pour refroidir et réduire la concentration de CO2 à l’intérieur du bâtiment pendant la nuit et le matin. Une installation de pavage perméable permet la croissance de la végétation et facilite l’infiltration d’eau dans le sol, réduisant ainsi la quantité d’eau entrant dans le système d’égouts.
Les collectivités locales et régionales et la communauté éducative des villes et quartiers voisins ont participé activement au projet visant à accroître le potentiel de reproduction. En outre, des parties prenantes spécifiques ont été engagées pour étudier d’éventuelles modifications du code technique espagnol du bâtiment et pour discuter des possibilités de transférer le NbS mis en œuvre dans d’autres contextes. Dans le cadre du même projet myBUILDINGisGREEN LIFE, d’autres bâtiments pilotes situés au Portugal ont été testés pour le NbS.
Description de l'étude de cas
Défis
Solana de los Barros est une municipalité située dans la province de Badajoz, qui appartient à l’Estrémadure, l’une des dix-sept communautés autonomes d’Espagne.
Sur la base des modèles climatiques développés par le GIEC et inclus dans les scénarios régionalisés de changement climatique pour l’Estrémadure, les températures moyennes maximales et minimales dans cette région devraient augmenter d’environ 4 °C d’ici la fin du 21esiècle (scénario d’émissions élevées — A2). Considérant que dans les mois les plus chauds, la température peut atteindre 35 °C, il est d’une grande importance de prendre des mesures pour contrer l’augmentation thermique qui peut être ressentie à l’intérieur des bâtiments. De plus, une diminution des journées froides et une augmentation des journées chaudes ont été observées. Si cette tendance se poursuit, il faut s’attendre à une augmentation des vagues de chaleur. Compte tenu du même scénario, les précipitations annuelles devraient diminuer légèrement d’ici la fin du 21esiècle, le pourcentage final devant être inférieur de 20 % à celui d’aujourd’hui.
Les bâtiments scolaires devraient faire face à de multiples défis au cours des prochaines décennies, appelant à une rénovation complète et à une meilleure prise en compte des mesures d’isolation pour assurer la santé et le bien-être des élèves et du personnel scolaire.
Dans une perspective de changement climatique, la gestion des eaux de ruissellement représente un défi supplémentaire, entraînant une augmentation du coût du traitement des eaux usées des égouts et une diminution de l’eau disponible dans les aquifères.
Parallèlement au changement climatique, déjà reconnu depuis l’ évaluation des écosystèmes du millénaire 2011, l’Espagne a connu, au cours des 50 dernières années, un processus accéléré et sans précédent d’altérations du fait de l’indisponibilité du modèle de développement économique prédominant et du mode de vie qui y est associé. Des changements drastiques dans l’utilisation des terres ont été encouragés, qui sont actuellement le principal moteur direct de la détérioration des écosystèmes et de la perte de biodiversité dans le pays.
Objectifs
L’objectif général de la NbS mise en œuvre est de contribuer à accroître la résilience des bâtiments utilisés pour l’éducation dans la région de l’Estrémadure face aux périodes de pénurie de chaleur et d’eau de plus en plus fréquentes causées par le changement climatique dans les pays du sud de l’Europe, en améliorant le bien-être des étudiants et du personnel travaillant dans ce type de bâtiments.
Pour atteindre cet objectif général, cette étude de cas poursuit un certain nombre d’objectifs spécifiques:
- Améliorer la connaissance de NbS au niveau du bâtiment.
- Analyser les coûts-avantages de NbS en tant qu’outils d’adaptation au changement climatique.
- Promouvoir des actions de gouvernance visant à améliorer la transférabilité des solutions mises en œuvre en facilitant leur inclusion dans les réglementations locales, régionales et nationales.
- Transférer et reproduire les prototypes de NbS mis en œuvre et testés dans cette étude de cas, grâce à des initiatives de renforcement des capacités pour le personnel spécialisé.
Options d'adaptation mises en oeuvre dans ce cas
Solutions
Plusieurs NbS ont été conçus, mis en œuvre et testés dans une école primaire à Solana de los Barros (Badajoz, Estrémadure, Espagne), dans le cadre du projet myBUILDINGisGREEN LIFE.
Les mesures mises en œuvre peuvent être classées en quatre grandes catégories: toitures vertes, façades vertes, ventilation et développement d’espaces extérieurs.
Tout d’abord, des toitures vertes ont été mises en place dans le bâtiment de l’école. Les toits verts sont une option prometteuse pour réduire la température dans les bâtiments tout en augmentant la biodiversité locale, en rendant le milieu de vie plus agréable et en offrant la possibilité d’une expérience d’apprentissage direct sur l’adaptation au changement climatique pour les étudiants.
Le bâtiment pilote a testé trois types de toits verts avec une variété de plus de 25 espèces végétales indigènes. La première solution était un toit vert étendu (mBiGCUVE 1), tandis que la deuxième solution était un toit avec une chambre à air intérieur située entre le toit et le substrat végétal (mBiGCUVE 2). Il a été testé pour conserver une température plus élevée, tout en améliorant les niveaux d’humidité et réduisant ainsi les demandes d’irrigation auxiliaires. La troisième solution comprenait un substrat plus durable (MBIG-SUS) qui permet une meilleure filtration de l’eau de pluie. La principale durabilité de ce substrat réside dans le fait qu’il est composé de granulats recyclés pour la réalisation du drainage du toit. Deux de ces toits verts réutilisent l’excès d’eau par gravité pour la rendre disponible pour l’irrigation.
La deuxième catégorie de NbS est celle des façades vertes. Le système de façades vertes mis en œuvre comprend un système de planteurs fixés sur des structures métalliques parallèles et perpendiculaires aux façades de bâtiment. Il comprend des plantes grimpantes qui protègent la façade de la lumière du soleil. Il existe également un système d’auvent vertical avec substrat minéral pour la croissance verticale de la végétation. Il comprend des plantes pour l’irrigation hydroponique qui incorporent des nutriments dans le système et permettent leur croissance sur le substrat minéral. Dans un couloir intérieur du bâtiment, un jardin vertical intérieur avec une grande variété d’espèces végétales a été installé pour maintenir des niveaux d’humidité adéquats et contenir les températures élevées vécues dans cette pièce. Ce système nécessite un entretien et une taille continus pour éviter la chute du mur en raison d’un surpoids.
Ensuite, un système de ventilation a été inclus dans le bâtiment, permettant à l’air frais de circuler à l’école pendant la nuit et le matin (9:30-10:00/12:30-13:00). Le système de ventilation naturelle induit a été créé en programmant la fermeture et l’ouverture automatiques de cinq fenêtres. Cette mesure refroidit l’environnement et réduit les concentrations intérieures de CO2 et favorise la réoxygénation à l’intérieur des salles de classe.
D’autres interventions ont été menées sur le terrain de jeu de l’école. Outre la plantation d’arbres pour l’ombrage naturel, plusieurs mesures ont été mises en œuvre, telles que:
- Pergola végétée: il comprend un système de plantation sur des structures métalliques similaires à celle décrite pour la façade verte mais sans ancrage aux façades de bâtiment. Il comprend des plantes d’escalade à feuilles caduques.
- Pavage poreux: surfaces perméables qui améliorent l’infiltration de l’eau de pluie, réduisant le ruissellement dans le système d’égout. Ce type de trottoir permet également la croissance de la végétation naturelle.
- Structures en bois pour l’ombrage des zones de loisirs: ces structures sont situées dans des aires de jeux avec un taux d’occupation élevé par les élèves. Ils ont été conçus en collaboration avec la communauté éducative du bâtiment pilote.
Afin de mesurer l’impact des solutions mises en œuvre dans le bâtiment pilote, un plan de surveillance a été élaboré et les mesures ont été réalisées. NbS ayant besoin de beaucoup de temps avant que tous les effets ne deviennent mesurables, le système de surveillance se poursuivra après la fin du projet, jusqu’au printemps 2028. Ce système de suivi à long terme a été inclus dans le plan Après-LIFE du projet myBUILDINGisGREEN LIFE, qui est disponible dans la section résultats du site web du projet. Un cadre de 22 indicateurs a été établi pour mesurer: a) le changement de température (température intérieure à l’intérieur et dans l’enveloppe du bâtiment, température et humidité extérieures, et économies estimées d’énergie et de chauffage); B) la gestion de l’eau (économies estimées liées à la consommation d’eau et économies dans la gestion de l’eau de pluie); c) la gestion des espaces verts (augmentation de la biodiversité végétale et animale et nombre d’espèces végétales indigènes récupérées propices à l’intégration dans les zones vertes); d) la qualité de l’air intérieur et la réduction du bruit (niveaux de concentration de CO2 à l’intérieur des salles de classe, niveaux de réduction du bruit provenant de l’extérieur et niveaux de pollution par l’installation d’espèces de bio-indicateurs et formation à leur observation); e) la régénération urbaine (efficacité énergétique et augmentation des espaces verts (zone de surface et pourcentage)); f) la gouvernance et la participation (perception des citoyens de la nature urbaine, nombre de politiques éducatives et de plans stratégiques pour l’adaptation au changement climatique, y compris les NbS et les processus participatifs ouverts); G) cohésion sociale (nombre d’accords avec les parties prenantes pour d’éventuelles activités de reproduction); h) la santé publique et le bien-être (réduction du nombre d’absences d’élèves et de congés de maladie pour enseignants) et i) les possibilités économiques et l’emploi (nombre d’emplois créés, création de nouvelles compétences dans les entreprises indépendantes et liées au NbS dans la région et réduction de l’absentéisme du personnel scolaire). Plus d’informations sur le plan de suivi peuvent être trouvées dans une vidéo dédiée de la formation en ligne créée dans le cadre du projet myBUILDINGisGREEN LIFE.
Pertinence
Cas développé et mis en œuvre en tant que mesure d’adaptation au changement climatique.
Détails supplémentaires
Participation des parties prenantes
La mise en œuvre du NbS a été coordonnée par l’autorité locale, le conseil provincial de Badajoz, et réalisée par une société privée qui a reçu le projet. Il a été soutenu par des experts du Conseil national espagnol de la recherche (CSIC) dans les questions techniques sur les bâtiments et pour la sélection et l’entretien des installations. La Fondation CARTIF, basée à Valladolid (Espagne), a été l’un des principaux partenaires techniques lors de la conception, de la mise en œuvre et des essais du NbS.
Ces organisations ont été soutenues par les autorités locales impliquées dans les projets de construction et par le personnel de l’école où le NbS a été mis en œuvre. Ils ont facilité la collecte de données sur la consommation d’électricité, d’énergie ou d’eau, les absences des étudiants et des enseignants, etc., et ont aidé les campagnes d’échantillonnage suivant les indications des experts du CARTIF et du CSIC.
La mise en œuvre de la NbS a nécessité la participation active de la communauté éducative de l’école primaire afin d’appuyer leur conception, la mise en œuvre du système de suivi et la promotion des activités organisées dans le bâtiment pilote. Il y a eu quelques ateliers participatifs avec les élèves, leurs parents et le personnel de l’école pour concevoir le NbS des terrains de jeux en fonction de leurs besoins réels. Les élèves de cette école ont également participé à certaines initiatives de collecte de données par le biais de cours pratiques dirigés par leurs professeurs de sciences. Les possibilités de diffuser l’importance de la SNB dans l’adaptation des bâtiments aux changements climatiques auprès des familles et des voisins des étudiants ont été utilisées.
Parmi les manifestations de diffusion, trois expositions ont été organisées pour présenter les solutions mises en œuvre à la communauté éducative et aux habitants des environs. Près de 100 personnes ont assisté à ces événements. Une conférence à Badajoz, un congrès à Madrid et deux tables rondes en ligne ont également été organisés, avec une participation totale de plus de 400 personnes. En outre, plus de 100 articles d’information ont été publiés dans divers médias et des informations ont été échangées avec diverses plateformes de connaissances sur l’adaptation au changement climatique aux niveaux national et international.
Enfin, deux cours en face-à-face sur les toits verts et les façades vertes et un cours en ligne sur l’expérience acquise lors de la mise en œuvre du NbS à l’école ont été organisés, avec une participation totale de plus de 250 personnes.
Facteurs de réussite et facteurs limitants
Les facteurs qui ont favorisé le succès des actions d’adaptation ont été la collaboration fructueuse créée entre les partenaires du projet et la communauté scolaire. Cet environnement collaboratif a permis de concevoir des solutions sur mesure, répondant aux besoins réels des élèves et du personnel scolaire. Cela a également permis de recueillir des données utiles pour surveiller les résultats de l’adaptation. La composition des partenaires du projet, rassemblant différentes compétences et expertises, a également été cruciale pour concevoir et suivre correctement les mesures sélectionnées. Le programme de suivi, qui a donné des résultats encourageants, a également été un facteur de succès. Ils peuvent être utilisés pour reproduire les solutions testées dans d’autres écoles et bâtiments.
De nombreuses autorités locales, régionales et nationales ont participé à l’étude du potentiel de transférabilité des solutions conçues et testées. Ces institutions ont fourni des conseils sur plusieurs aspects clés, tels que: (I) intégrer NbS dans le catalogue des solutions de construction du Code technique national du bâtiment des villes, (ii) concevoir des règlements municipaux et régionaux et des incitations fiscales pour encourager l’utilisation de ce type de solutions, et (iii) trouver des moyens de certifier les bâtiments avec NbS conformément aux normes de durabilité dans les bâtiments. Après le processus de consultation, des déclarations d’intérêt ont été signées avec 8 municipalités de la province de Badajoz (Espagne) pour promouvoir l’utilisation du NbS pour l’adaptation au changement climatique dans les bâtiments publics de ces municipalités. Une lettre de soutien a été obtenue du ministère espagnol des transports, de la mobilité et de l’agenda urbain confirmant l’intérêt pour le projet et offrant des conseils pour l’inclusion future du NbS du projet dans le code technique du bâtiment.
Ce bâtiment scolaire rénové est devenu une référence dans la région d’Estrémadure pour une construction durable à suivre à l’avenir. L’intérêt pour son entretien (fourni par le conseil provincial de Badajoz et la municipalité de Solana de los Barros) est très élevé.
Dans le même temps, certains obstacles ont également été rencontrés, ce qui a retardé certaines des tâches prévues et a rendu nécessaire la recherche de solutions alternatives pour poursuivre la mise en œuvre du projet. Certains de ces obstacles (besoin de capacités techniques hautement spécialisées) pourraient entraver le potentiel de transférabilité. Les principaux facteurs limitatifs sont résumés ci-dessous:
- Disponibilité locale limitée des entreprises de construction capables de mettre en œuvre les mesures. Pour résoudre ce problème, des entreprises spécialisées ont été identifiées au niveau national. La rédaction correcte du projet de construction est essentielle. Plus le niveau de détail sera élevé, plus le projet sera couronné de succès. La spécialisation des travaux (toitures vertes, systèmes d’ombrage NbS) nécessite une étude de marché préalable lors de la rédaction du projet. En contactant des professionnels sur le terrain, il est possible d’obtenir des conditions préalables et des budgets pour la mise en œuvre, qui doivent être transférés au projet avec le reste du travail nécessaire. Cela permet d’éviter des problèmes de mise en œuvre imprévus ou des budgets hors marché et d’éventuels appels d’offres publics qui pourraient ne pas être attribués.
- Planification inexacte des services de maintenance. Pour maintenir le NbS, une surveillance constante de leur état est nécessaire, en particulier dans les périodes chaudes pour assurer l’irrigation et la disponibilité de l’eau.
- Problèmes conflictuels entre les entrepreneurs pour l’exploitation du système de contrôle d’irrigation et manque de compétences techniques pour son utilisation optimale. Il était nécessaire de rechercher des entreprises spécialisées dans ce type d’opérations au niveau national et d’organiser les appels d’offres publics de manière appropriée.
- Certaines des espèces sélectionnées pour être utilisées dans le NbS se sont révélées mal adaptées pour survivre dans ces conditions environnementales. Au cours du projet, certaines de ces espèces végétales ont été remplacées par d’autres espèces provenant de pépinières provinciales ou par des contrats externes.
- Absence de données cruciales permettant d’évaluer correctement certains résultats en matière d’adaptation. Les compteurs d’eau n’étaient pas disponibles dans le bâtiment pour mesurer la consommation d’eau avant et après la mise en œuvre de NbS.
- Croissance lente et insuffisante des espaces végétaux ombragés (vins vierges). NBS peut nécessiter beaucoup de temps avant que leurs résultats soient mesurables. Le Jardin botanique royal (RJB-CSIC), un service de conseil spécifique pour le conseil provincial de Badajoz, a abordé des problèmes spécifiques avec le faible taux de croissance de certaines espèces (Arbour de vigne).
- Coûts élevés de certains NbS. Un trottoir perméable à l’activité photocatalytique a été développé au niveau du laboratoire, mais n’a pas été mis en œuvre dans l’école principalement pour des raisons de coût.
Coûts et bénéfices
Les avantages de NbS mis en œuvre dans le bâtiment scolaire sont multiples, ce qui suggère que ces types de solutions peuvent faire partie d’une réponse holistique à de multiples défis. Les avantages comprennent les économies d’électricité et d’eau, l’augmentation de la biodiversité locale, la création de corridors verts pour les pollinisateurs et l’amélioration de l’esthétique du bâtiment. L’utilisation d’espèces indigènes pour verdir les bâtiments empêche également la propagation d’espèces exotiques envahissantes.
En outre, NbS fournit du matériel de vie pour l’éducation des élèves et devrait améliorer la concentration et la performance des élèves, améliorer le bien-être des travailleurs scolaires et l’isolement acoustique des salles de classe. Certains de ces avantages ne peuvent être mesurés qu’après quelques années et ne sont pas toujours monétisables, bien que leur valeur soit incontestable.
Toutefois, d’ici la fin de 2023 (environ deux ans après la mise en œuvre), les premiers résultats des activités de suivi suggèrent les résultats suivants:
- Augmentation de 1 991,20 m 2d’ espace vert et de 451,70 m 2de pavage perméable dans le bâtiment pilote.
- Réduction de 5,4 °C de la température moyenne des surfaces avec toits verts par rapport à celles sans végétation.
- Réduction de la température à l’intérieur des salles de classe à moins de 27 °C (valeur recommandée pour le confort thermique intérieur) en septembre, après l’installation du NbS. Au cours des mois les plus chauds de juin, juillet et août, cet objectif n’a pas été atteint, mais la température a diminué par rapport à la situation précédente. La réduction souhaitée devrait être atteinte dans les années à venir, lorsque l’état de développement de la végétation sera optimal.
- Réduction des eaux de pluie perdues par ruissellement d’une moyenne de 13 % dans la situation sans intervention à 3 % dans le bâtiment avec les solutions mises en œuvre.
- Augmentation de 77 espèces animales (principalement insectes volants, mouches, moustiques et Hyménoptères) et colonisation de 16 espèces végétales indigènes supplémentaires dans le bâtiment rénové par rapport à la situation précédente. Les données sur la biodiversité seront encore plus positives après des années de maturation des écosystèmes créés par les solutions basées sur la nature.
En termes de coûts, la part la plus importante comprend les matériaux nécessaires à l’installation des prototypes et le coût du personnel impliqué dans les différentes phases de conception, de mise en œuvre, de suivi et de diffusion du NbS.
Les coûts initiaux de mise en œuvre de la solution par mètre carré (m2) sont les suivants: 130.40-301,83 EUR/m 2 pour les toitures vertes, 88,59-105,51 EUR/m2 pour les façades vertes, 54.29/m2 pour les trottoirs drainants, 2, 862,04 EUR/m2 pour les fenêtres automatisées, 252,71 EUR/m2 pour la pergola végétale et environ 400 EUR/m2 pour la plantation d’arbres (selon les espèces à planter). Certaines estimations approximatives des coûts d’entretien ont été faites et incluses dans le plan Après-LIFE (section résultats du site Web du projet).
Aspects légaux
Le principal cadre juridique qui régit les infrastructures vertes en Espagne est composé des règlements suivants:
- Le code technique espagnol du bâtiment. C’est le cadre réglementaire qui établit les exigences de qualité de base que les bâtiments doivent satisfaire en matière de sécurité et d’habitabilité établies par la loi 38/1999, du 5 novembre, du règlement sur la construction (LOE).
- La stratégie nationale espagnole pour l’infrastructure verte, la connectivité et la restauration écologique. Il est entré en vigueur en juillet 2021 et constitue le document de planification stratégique qui régit la mise en œuvre et le développement des infrastructures vertes en Espagne, établissant un cadre administratif et technique harmonisé pour l’ensemble du territoire espagnol, y compris les eaux maritimes relevant de la souveraineté ou de la juridiction nationale.
- Le plan national espagnol d’adaptation au changement climatique (PNACC) 2021-2030. C’est l’instrument de base de la planification pour promouvoir une action coordonnée contre les effets du changement climatique en Espagne. Le PNACC embrasse NbS comme options souhaitées pour les villes, l’urbanisme et les bâtiments.
Temps de mise en œuvre
La mise en œuvre de ce projet a débuté en 2019 avec la sélection du bâtiment pilote et s’est terminée en 2021 avec la mise en œuvre du NbS dans l’école sélectionnée. Les activités de diffusion, les activités de suivi et les travaux visant à intégrer le NbS dans le code du bâtiment ont eu lieu au cours des années suivantes et devraient durer jusqu’en 2028.
Durée de vie
Le bâtiment pilote est entretenu par le conseil provincial de Badajoz et la municipalité de Solana de los Barros. À condition que le NbS soit bien entretenu, sa durée de vie utile est estimée à plus de 30 ans.
Informations de référence
Contacter
Miguel Vega
Royal Botanic Garden (RJB-CSIC)
Calle Claudio Moyano, 2
Madrid 28014, Spain
Sites Internet
Référence
Livrable du projet C1 — Rapport de référence des bâtiments pilotes
Produit livrable C5.2 — Rapports (4) de recommandations pour les réunions d’experts
Produit livrable C5.5 — Plan de réplicabilité de l’expérience LIFE-myBUILDINGisGREEN
Produit livrable C5.6 — Plan financier pour la reproductibilité de l’expérience LIFE-myBUILDINGisGREEN
Publié dans Climate-ADAPT Feb 05 2024 - Dernière modification dans Climate-ADAPT Apr 30 2024
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