Toit blanc, ombrages solaires innovants et design bioclimatique à Madrid

La région de Madrid devrait connaître des changements assez importants dans les conditions climatiques, en particulier en ce qui concerne le nombre et la durée des températures diurnes et nocturnes élevées et la diminution des précipitations. La moyenne des projections des modèles d'un ensemble de grands modèles climatiques, réduite au niveau municipal dans le scénario climatique RCP8.5, indique une augmentation marquée du nombre de nuits chaudes (c.-à-d. les nuits avec une température moyenne plus élevée que le percentile de 90% de la période de référence, 2006): 50, 80, 114 nuits respectivement en 2010, 2050 et 2100 (modèles disponibles dans AdapteCCa. Les modèles prévoient également une augmentation des journées chaudes (température journalière moyenne supérieure au percentile de 90 % au cours de la période de référence): 31, 54, 75 jours respectivement en 2010, 2050 et 2100; ainsi que dans la durée des vagues de chaleur: 17, 26, 56 jours respectivement en 2010, 2050 et 2100. Ils indiquent également une diminution des précipitations avec le nombre de jours avec moins de 1 mm de pluie passant de 280 en 2010 à 283 en 2050 à 302 en 2100.

En tant que tel, les impacts du changement climatique tels que la chaleur extrême, la rareté de l'eau et les fortes précipitations occasionnelles devraient poser des problèmes de plus en plus graves pour la région de Madrid dans les prochaines décennies, le défi du projet était de développer un bâtiment qui devrait répondre à une combinaison de nombreux objectifs ambitieux: il doit devenir un grand bâtiment multifonctionnel, flexible, économe en énergie et adapté au climat, qui durera longtemps et qui sera adapté à ces circonstances changeantes.

Étant donné que l'objectif du département de l'énergie de l'institut IMDEA est de mener des activités de recherche et de développement sur les questions énergétiques (en particulier en ce qui concerne les énergies renouvelables et les solutions d'énergie propre), un lien avec ces objectifs généraux a été pris en compte dans la conception du nouveau bâtiment. Dans le même temps, les promoteurs ont cherché à concevoir un bâtiment qui fonctionnerait longtemps et qui fonctionnerait dans des conditions climatiques modifiées, avec des températures estivales plus élevées et sans consommer d'énergie supplémentaire pour le refroidissement. La conception du bâtiment devait inclure des systèmes économes en énergie, des énergies renouvelables, une consommation d'énergie réduite, des systèmes d'eau efficaces, une utilisation efficace des ressources (comme les matériaux de construction) et des espaces verts autour du bâtiment.

La plupart des solutions mises en œuvre dans la construction du bâtiment IMDEA sont des mesures d'adaptation au changement climatique et d'atténuation en même temps.

Le bâtiment a été conçu selon les critères de l'architecture bioclimatique, afin d'atteindre des températures intérieures basses pendant les périodes chaudes et de minimiser la consommation d'énergie pour le refroidissement et l'éclairage. Les façades des bâtiments sont ventilées à l'arrière avec une isolation de 80 mm et différentes finitions extérieures pour un résultat optimal. Il est enveloppé de grandes surfaces transparentes, en particulier dans les murs intérieurs, qui améliorent l'apparence et l'éclairage du bâtiment. Des lames horizontales («système de lames fixes à grande lame») sont utilisées à l’extérieur du bâtiment, offrant ainsi un ombrage solaire efficace sans altérer la vue. Ces parasols protègent les utilisateurs contre un niveau de chaleur excessif dû au rayonnement solaire ou à la possibilité d'éblouissement lorsque l'altitude solaire est à son plus haut ou lorsque les niveaux de rayonnement sont très élevés. Associés à une bonne orientation du bâtiment, les parasols permettent une utilisation optimale de la lumière entrante en période de basse altitude solaire (début de matinée, fin de soirée et jours d'hiver). Les zones de toiture exposées au soleil direct ont été recouvertes d'un matériau blanc spécial réfléchissant le rayonnement, ce qui réduit la quantité d'énergie nécessaire au refroidissement et la contribution à l'effet d'îlot de chaleur urbain.

Un soin particulier a été apporté à l'orientation du bâtiment: différents systèmes de façade ont été conçus et comparés afin de développer la façade optimale en fonction de la fonction et de l'orientation. Le bâtiment a été conçu en modules, de sorte qu'il pouvait être agrandi ou divisé sans affecter sa fonctionnalité ou son image. Le cœur du bâtiment forme son cœur en termes d'utilisation et est conçu comme un lieu naturel de rencontre et d'interaction. Les espaces de recherche sont placés autour d'elle. Dans ces espaces, l'équipement technique est placé sur le dessus, formant ainsi une couverture de défense passive contre le rayonnement solaire excessif et la chaleur.

Des mesures d'adaptation ont également été élaborées en ce qui concerne la gestion de l'eau. Des systèmes d'économie d'eau sont mis en place; par exemple, les lavabos, les toilettes et les urinoirs consomment très peu d’eau et l’économie est supérieure à 40 % par rapport à un bâtiment conventionnel. En outre, toute l'eau du toit est collectée et utilisée pour irriguer les espaces verts ou à d'autres fins non spécifiées. Non seulement les sécheresses extrêmes, mais aussi les précipitations extrêmes sont prises en compte; le parking a une surface perméable, qui draine l'eau rapidement après l'événement. La zone verte entourant le bâtiment est couverte d'arbres et de plantes locales.

Les mesures d’atténuation du changement climatique prises en considération sont principalement axées sur l’efficacité énergétique, les sources d’énergie renouvelables et la réduction de la consommation d’énergie. Le bâtiment dispose d'installations écoénergétiques et d'un système de surveillance et de contrôle pour assurer une utilisation optimale de ces installations. Le bâtiment est devenu plus économe en énergie chaque année, grâce à ce système de surveillance. Un système fermé de refroidissement par eau soutient également l'efficacité énergétique et hydrique du bâtiment. Une installation de stockage de l'énergie thermique de l'aquifère, une cogénération et des panneaux solaires sont installés en tant que sources d'énergie renouvelables.

L'utilisation efficace des ressources était un autre axe important du projet. Pendant la construction, des matériaux recyclés ont été utilisés, tels que l'acier, l'aluminium ou le verre; ainsi que des composants fabriqués localement, tels que la pierre naturelle, le béton et les matériaux céramiques. La durabilité des matériaux était également une question importante et, par conséquent, les matériaux dérivés du bois ont le certificat FSC. L'ensemble du bâtiment IMDEA a été conçu et développé selon les spécifications Green Building (établies par le US Green Building Council) et a obtenu la certification LEED Gold.

Enfin, des mesures d’atténuation du changement climatique sont également mises en œuvre au moyen de mesures comportementales; Les voitures électriques et le covoiturage sont encouragés par la réservation de places spéciales sur l'aire de stationnement de l'IMDEA.

La participation des parties prenantes n'était pas directement pertinente pour la conception et la construction du nouveau bâtiment du département de l'énergie de l'IMDEA. Les acteurs clés suivants ont été impliqués.

Le projet a été initié par l'institut IMDEA (Fundación IMDEA Energía). En Espagne, les projets de construction sont généralement régis par une seule partie et, dans ce cas, cette partie de supervision était la société d'architectes Arkitools. L'entreprise de construction était SACYR. Plusieurs consultants différents ont participé au projet: HCA (conseils en structure), OFINCO (conseils en installation), INITEC (conseils en installation) et EUROCONSULT (gestion de projet). VEGA INGENIERÍA a participé au processus de certification LEED. La municipalité de Móstoles, la ville où se trouve le bâtiment IMDEA, a soutenu le projet en fournissant le terrain gratuitement.

Le temps et l'attention accordés à la conception du bâtiment ont conduit à un plan de construction soigneusement élaboré. Il a commencé comme une conception relativement simple, mais a évolué au cours du processus de conception avec une augmentation des objectifs d'efficacité énergétique au fil du temps.

Un autre facteur de succès était que le projet se concentrait sur une conception intégrée au lieu d'un simple ajout de techniques individuelles. Par exemple, des panneaux solaires ont été installés directement dans le toit au lieu de les ajouter à un stade ultérieur. Un autre exemple est que lors de l'essai de sol pour les fondations, des essais ont été effectués simultanément pour le potentiel de stockage d'énergie thermique de l'aquifère.

Au début du projet, les objectifs en matière de climat, d'énergie et de durabilité étaient très faibles, mais ils ont évolué au cours du projet. La mise à jour continue des objectifs et des mesures a considérablement allongé le temps de développement du projet.

Le coût de construction était d'environ 9,2 millions d'euros. Aucune subvention n'a été accordée directement par la ville ou la région, mais depuis que l'institut IMDEA a été créé par la Communauté de Madrid, ce projet de construction a été indirectement financé par la communauté autonome.

L'IMDEA a reçu des fonds dans le cadre d'appels à propositions pour la science et la technologie du ministère de l'Économie et de la Compétitivité, bien que l'on ne sache pas combien de fonds ont été reçus. L’IMDEA a également reçu un financement du Fonds européen de développement régional (FEDER), dans le cadre d’un accord signé entre le ministère de l’économie et de l’innovation et la Communauté de Madrid, mais il est difficile de savoir quelle part du financement a été consacrée au bâtiment et quelle part a été consacrée aux travaux de recherche; au total, le financement est de l'ordre de plusieurs millions d'euros.

Le nouveau bâtiment n'a pas seulement coûté de l'argent, mais il est destiné à économiser de l'argent pendant la période d'utilisation. L'efficacité énergétique et hydrique élevée du bâtiment peut entraîner des coûts futurs inférieurs pour la consommation d'énergie et d'eau par rapport aux bâtiments conventionnels.

La construction du bâtiment a commencé en mai 2010 et s'est achevée en mai 2012. Le suivi de la performance énergétique du bâtiment est en cours.

À condition que le bâtiment soit bien entretenu, sa durée de vie utile est estimée à plus de 50 ans. Le bâtiment a été conçu en prévoyant la possibilité future d'intégrer des améliorations techniques.

Jaime García Rodríguez
Arkitools
Calle Anunciación 8, Local 2
Madrid 28009, Spain
E-mail: info@arkitools.com 

Arkitools et IMDEA