Solutions basées sur la nature dans les écoles: une manière écologique d'adapter les bâtiments au changement climatique à Solana de los Barros, Estrémadure (Espagne)

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 élaborés 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 XXIe^siècle (scénario d’émissions élevées – A2). Considérant que dans les mois les plus chauds, la température peut atteindre 35oC, il est d'une grande importance de prendre des mesures pour contrer l'augmentation thermique qui peut être vécue 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, on peut s'attendre à une augmentation des vagues de chaleur. Si l'on considère le même scénario, les précipitations annuelles devraient diminuer légèrement d'ici la fin du XXIe^siècle, le pourcentage final devant être inférieur de 20 % à ce qu'il est actuellement.

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 pour les égouts et une diminution de l'eau disponible dans les aquifères.

Parallèlement au changement climatique, comme cela a déjà été reconnu depuis l’évaluation des écosystèmes pour le millénaire de 2011, l’Espagne a connu au cours des 50 dernières années un processus accéléré et sans précédent d’altérations en raison de la non-durabilité 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.

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 d’Estrémadure face aux périodes de plus en plus fréquentes de pénurie de chaleur et d’eau causées par le changement climatique dans les pays d’Europe méridionale, 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:

1. Améliorer la connaissance des NBS au niveau des bâtiments.
2. Analyser le rapport coût-bénéfice des NBS en tant qu’outils d’adaptation au changement climatique.
3. Promouvoir des actions de gouvernance pour améliorer la transférabilité des solutions mises en œuvre en facilitant leur inclusion dans les réglementations locales, régionales et nationales.
4. 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.

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: toits verts, façades vertes, ventilation et aménagement d'espaces extérieurs.

Tout d'abord, des toits verts ont été mis 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 cadre de vie plus agréable et en offrant aux étudiants la possibilité d'une expérience d'apprentissage directe sur l'adaptation au changement climatique.

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 vaste toit vert (mBiGCUVE 1), tandis que la deuxième solution était un toit avec une chambre à air intérieure située entre le toit et le substrat végétal (mBiGCUVE 2). Il a été testé pour maintenir une température plus élevée, tout en améliorant les niveaux d'humidité et en réduisant ainsi les demandes d'irrigation auxiliaire. 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 de la toiture. 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 jardinières fixées sur des structures métalliques parallèles et perpendiculaires aux façades des bâtiments. Il comprend des plantes grimpantes qui protègent la façade de la lumière du soleil. Il y a aussi un système d'auvent vertical avec substrat minéral pour la croissance verticale de la végétation. Il comprend des plantes pour l'irrigation hydroponique qui incorpore des nutriments dans le système et permet 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 rencontrées dans cette pièce. Ce système nécessite un entretien et une taille continus pour éviter la chute du mur due au surpoids.

Ensuite, un système de ventilation a été inclus dans le bâtiment, permettant à l'air frais de circuler dans l'école pendant la nuit et le matin (9:30-10:00 / 12:30-13:00). Le système de ventilation naturelle induite a été créé en programmant la fermeture et l'ouverture automatiques de cinq fenêtres. Cette mesure refroidit l'environnement et réduit les concentrations de CO2 à l'intérieur et favorise la réoxygénation à l'intérieur des salles de classe.

D'autres interventions ont été menées dans la cour de récréation de l'école. En plus de la plantation d'arbres pour l'ombrage naturel, plusieurs mesures ont été mises en œuvre telles que:

• Pergola végétale: il comprend un système de jardinières fixé sur des structures métalliques similaires à celle décrite pour la façade verte mais sans ancrage sur les façades des bâtiments. Il comprend des plantes grimpantes à feuilles caduques.
• Pavage poreux : surfaces perméables qui améliorent l'infiltration de l'eau de pluie, réduisant le ruissellement dans le système d'égouts. Ce type de trottoir permet également la croissance de la végétation naturelle.
• Structures en bois pour l'ombrage des espaces récréatifs: ces structures sont situées dans des aires de jeux à 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 effectuées. Étant donné que la NBS nécessite beaucoup de temps avant que tous les effets ne deviennent mesurables, le programme de surveillance se poursuivra après la fin du projet, jusqu’au printemps 2028. Ce programme de suivi à long terme a été inclus dans le plan After-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) changement de température (température intérieure à l'intérieur et dans l'enveloppe du bâtiment, température extérieure et humidité, et économies d'énergie et de chauffage estimées); 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) gestion des espaces verts (augmentation de la biodiversité végétale et animale et du nombre d'espèces végétales indigènes récupérées adaptées à l'intégration dans les espaces verts); 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 grâce à l'installation d'espèces de bio-indicateurs et à la formation à leur observation); e) la régénération urbaine (efficacité énergétique et augmentation des espaces verts (surface et pourcentage)); f) la gouvernance et la participation (perception de la nature urbaine par les citoyens, nombre de politiques éducatives et de plans stratégiques pour l'adaptation au changement climatique qui incluent la NBS et des 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 des élèves et de congés de maladie des enseignants) et i) les opportunités économiques et l'emploi (nombre d'emplois créés, création de nouvelles compétences dans les entreprises indépendantes et liées à la NBS dans la région et réduction de l'absentéisme du personnel scolaire). De plus amples informations sur le plan de surveillance sont disponibles dans une vidéo dédiée de la formation en ligne créée dans le cadre du projet myBUILDINGisGREEN LIFE.

La mise en œuvre de la NBS a été coordonnée par l'autorité locale, le conseil provincial de Badajoz, et réalisée par une entreprise privée à laquelle le projet a été attribué. Il a été soutenu par des experts du Conseil national espagnol de la recherche (CSIC) dans les questions techniques relatives aux bâtiments et à la sélection et à l'entretien des plantes. 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 tests de la NBS.

Ces organisations ont été soutenues par les autorités locales impliquées dans les projets de construction et par le personnel scolaire où les NBS ont été mises en œuvre. Ils ont facilité la collecte de données sur la consommation d'électricité, d'énergie ou d'eau, les absences des élèves 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 des NBS nécessitait la participation active de la communauté éducative de l’école primaire afin de soutenir 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 dans le cadre de cours pratiques dirigés par leurs professeurs de sciences. Les possibilités de diffusion de l’importance des NBS dans l’adaptation des bâtiments au changement climatique auprès des familles et des voisins des étudiants ont été exploitées.

Parmi les événements de diffusion, trois expositions ont été organisées pour montrer 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 nouvelles ont été publiées 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 de la NBS à l'école ont été organisés, avec une participation totale de plus de 250 personnes.

Les facteurs qui ont favorisé le succès des mesures 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 suivre les résultats de l'adaptation. La composition des partenaires du projet, rassemblant différentes compétences et expertises, était également cruciale pour concevoir et suivre correctement les mesures sélectionnées. Le programme de surveillance, qui a donné des résultats encourageants, a également été un facteur de réussite. Ils peuvent être utilisés pour reproduire les solutions testées dans d'autres écoles et bâtiments.

De nombreuses autorités locales, régionales et nationales ont été associées 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) l’intégration de la NBS dans le catalogue des solutions de construction du code technique national du bâtiment des villes, (ii) la conception de réglementations municipales et régionales et d’incitations fiscales pour encourager l’utilisation de ce type de solutions, et (iii) la recherche de moyens de certifier les bâtiments avec la NBS conformément aux normes de durabilité dans les bâtiments. À l’issue du processus de consultation, des déclarations d’intérêts ont été signées avec 8 municipalités de la province de Badajoz (Espagne) afin de promouvoir l’utilisation de 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 de la NBS du projet dans le code technique du bâtiment.

Ce bâtiment scolaire rénové est devenu une référence dans la région d'Estrémadure pour la 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 (nécessité d'une capacité technique hautement spécialisée) 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 remédier à ce problème, des entreprises spécialisées ont été recensées au niveau national. La rédaction correcte du projet de construction est essentielle. Plus le niveau de détail est élevé, plus le projet sera couronné de succès. La spécialisation des travaux (toits verts, 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.
• Programmation inexacte des services de maintenance. Pour maintenir les NBS, une surveillance constante de leur état est nécessaire, en particulier pendant 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 de l'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 la 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 de contrats externes.
• Manque de données cruciales pour 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 la NBS.
• Croissance lente et insuffisante des espaces végétaux ombragés (vins vierges). NbS peut prendre beaucoup de temps avant que leurs résultats soient mesurables. Des problèmes spécifiques liés au faible taux de croissance de certaines espèces (bourreau de vigne) ont été résolus par le Jardin botanique royal (RJB-CSIC), un service de conseil spécifique pour le conseil provincial de Badajoz.
• Coûts élevés de certains NBS. Une chaussée perméable avec une activité photocatalytique a été développée au niveau du laboratoire, mais n'a pas été mise en œuvre dans l'école principalement pour des raisons de coût.

Les avantages de la NBS mise 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 des économies d'électricité et d'eau, l'augmentation de la biodiversité locale, la création de couloirs verts pour les pollinisateurs et l'amélioration de l'esthétique des bâtiments. L'utilisation d'espèces indigènes pour verdir les bâtiments empêche également la propagation d'espèces exotiques envahissantes.

En outre, les NBS fournissent du matériel vivant pour l’éducation des élèves et devraient améliorer la concentration et les performances des élèves, le bien-être des travailleurs scolaires et l’isolation 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, à 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 m2 d'espace vert et 451,70 m2 de 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. Pendant les 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 des insectes volants, des mouches, des moustiques et des 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 de la NBS.

Les coûts initiaux de mise en œuvre de la solution par mètre carré (m2)sont les suivants: 130,40-301,83 €/m² pour les toitures vertes, 88,59-105,51 €/m² pour les façades vertes, 54,29 €/m² pour les trottoirs drainants, 2 862,04 €/m² pour les fenêtres automatisées, 252,71 €/m² pour la pergola végétale et environ 400 €/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 (sectionrésultats du site Web du projet).

Le principal cadre juridique qui réglemente l'infrastructure verte en Espagne est composé des règlements suivants:

• Le code technique du bâtiment espagnol. C'est le cadre réglementaire qui établit les exigences de qualité de base que les bâtiments doivent respecter en matière de sécurité et d'habitabilité établies dans la loi 38/1999, du 5 novembre, du règlement de construction (LOE).
• Stratégie nationale espagnole pour les infrastructures vertes, la connectivité et la restauration écologique. Il est entré en vigueur en juillet 2021 et constitue le document de planification stratégique qui réglemente la mise en œuvre et le développement de l’infrastructure verte 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.
• Plan national espagnol d’adaptation au changement climatique (PNACC) 2021-2030. C'est l'instrument de planification de base pour promouvoir une action coordonnée contre les effets du changement climatique en Espagne. Le PNACC adopte NbS comme options souhaitées pour les villes, l'urbanisme et les bâtiments.

La mise en œuvre de ce projet a commencé en 2019 avec la sélection du bâtiment pilote et s’est achevée en 2021 avec la mise en œuvre de la NBS dans l’école sélectionnée. Les activités de diffusion, de suivi et d’intégration de la NBS dans le code du bâtiment ont eu lieu au cours des années suivantes et devraient durer jusqu’en 2028.

Le bâtiment pilote est entretenu par le conseil provincial de Badajoz et la municipalité de Solana de los Barros.  À condition que les NBS soient bien entretenues, leur durée de vie utile est estimée à plus de 30 ans.

Miguel Vega

Royal Botanic Garden (RJB-CSIC)

Calle Claudio Moyano, 2

Madrid 28014, Spain

E-mail: miguel.vega@rjb.csic.es / proyectos_bec@rjb.csic.es

Rapport de Layman - myBUILDINGisGREEN

Élément livrable du projet C1 – Rapport de référence sur les bâtiments pilotes

Élément livrable du projet C5.2 – Rapports (4) de recommandations pour les réunions d’experts

Élément livrable du projet C5.5 – Plan de reproductibilité de l’expérience LIFE-myBUILDINGisGREEN

Élément livrable du projet C5.6 – Plan financier pour la reproductibilité de l’expérience LIFE-myBUILDINGisGREEN