La rénovation est le principal levier de réduction « directe » des consommations d’énergie dans la construction et dans l’habitat. Il est nécessaire de valoriser notre patrimoine immobilier existant avant de penser « construire neuf ». Cependant même si de nombreuses initiatives ont été lancées, le mouvement peine encore à se développer massivement au regard des enjeux.
Pour cela, le concours EnergieSprong crée un écosystème qui favorise l’émergence d’innovations propices à de nouvelles techniques; de nouvelles mixités technologiques; de nouveaux modes de mise en œuvre; toujours vers un seul but : Massifier les rénovations de nos bâtis avec 3 objectifs clairs
- Rapidité d’exécution
- Maîtrise des coûts
- Efficacité énergétique
Le prototype Toiture-Energie : Description
Lauréat
La Toiture Energie, comme son nom l’indique, est une structure bois formant Toiture, recouvert de panneaux photovoltaïques producteur d’Energie.
Notre cible pour le déploiement de la Toiture Energie est les logements collectifs construits à partir des années 60/70, en particulier par les bailleurs sociaux, dans une période exempte de toute réglementation thermique.
La Toiture Energie vient alors se poser directement sur les toitures-terrasses pour des portée allant de 9 à 15m.
La solution de « Toiture Energie » est composée de caissons isolants, en ossature bois préfabriquée, étanches avec des isolants encapsulés. Ils conservent une perméabilité à la vapeur d’eau.
Les caissons
Les caissons sont agencés de manière à créer une toiture bipente dont l’inclinaison varie en fonction des dimensions de la toiture-terrasse à rénover. Ces caissons sont surélevés par des rehausses verticales de même nature également isolées dans le même concept. Ainsi ils créent un espace accessible pour la maintenance.
D’ailleurs il est envisageable de surélever un peu plus la toiture afin de créer des logements supplémentaires sans surcoût importants vis-à-vis de la toiture isolante. La valorisation de ces logements permettrait de diminuer le coût de la rénovation.
Les caissons de toiture sont recouverts d’une couverture en bac acier sur laquelle les modules photovoltaïques sont fixés en surimposition. C’est-à-dire qu’il y a une lame d’air entre le panneau et le bac acier. Cela réduit très fortement les problématiques d’étanchéité, permet de mieux refroidir les panneaux. Également cela protège la couverture d’un rayonnement direct du soleil, et ainsi limite l’effet de surchauffe. L’ensemble repose sur des sabots métalliques directement fixés dans le parement de façade au niveau du chaînage de la toiture terrasse existante. Cela assurera la couverture complète des bâtiments et la liaison avec les nouvelles façades sans intervention sur l’existant.
La stabilité globale de la Toiture Energie, et en particulier de chaque module, est assurée par un système de tirant, qui permet de limiter le poids de la structure
L’étanchéité
L’étanchéité, quant à elle, est assurée par la nouvelle structure sans nécessiter de retirer tout ou partie de l’étanchéité existante. De plus, l’ensemble permet de créer une identité visuelle nouvelle au bâtiment en toiture à harmonisation avec un nouveau traitement de façade. Aussi le débord de toit peut être ajusté en fonction des contraintes d’urbanisme, mais nous avons travaillé les dimensions pour maximiser la surface de panneaux installables.
Assurant l’isolation et la production d’électricité, le système maximisera les économies tout en bénéficiant d’une esthétique soignée.
Les objectifs :
1 – la rapidité
Avec une intervention en site occupé, nous devons limiter les nuisances sonores et la gêne pour les occupants.
Limiter les interactions sur l’existant
Limiter les interactions avec l’existant permet de ne pas subir les aléas et vices cachés dans des dispositifs d’étanchéité anciens.
En effet, si la couverture doit-être retirée, renforcée ou si un désamiantage lourd est nécessaire alors les plannings d’intervention s’allongent et les coûts explosent.
C’est pourquoi, la Toiture Energie est littéralement posée à l’extérieure du bâtiment existant. Nous venons « coiffer » le bâtiment. Les seules interactions avec l’existant sont :
- Le prolongement des exutoires de désenfumage
- Le prolongement des exutoires de ventilations, sur les côtés de la toiture ou directement dans le rampant
- La fixation de sabots support de la structure dans les façades
- Le repositionnement d’antennes quand elles existent
- La suppression des couvertines débordants quant elles existent également.
Favoriser la préfabrication
Deuxième levier est de favoriser la préfabrication,.
Plus on préfabrique en amont en usine ou en atelier, plus on favorise la qualité d’un produit stable et contrôlé. Mais surtout plus on raccourcit les durées d’intervention chantier.
Concrètement la Toiture Energie est découpée en plusieurs modules. Nous proposons plusieurs types de modules.
- Les modules d’extrémités posés sur les pignons
- Les modules centraux standards
- Les modules centraux incorporant des éléments spécifiques comme les exutoires de désenfumage et ventilation quand cela est possible
Chaque module vient couvrir la toiture terrasse sur toute sa largeur. Simplement on peut dire qu’une Toiture Energie ce sont des « tranches » de toiture à assembler.
La largeur de chaque module, compatible avec les gabarits routiers, est identique, sauf le dernier module dit de « fermeture » situé en pignon qui est réalisé aux dimensions sur-mesure du bâtiment pour le couvrir en intégralité.
Chaque module est assemblé en atelier et envoyé sur le chantier. Les seules opérations à réaliser sur le site du chantier sont :
- La pose des sabots de support dans la façade en amont
- Le grutage et la pose des modules les uns après les autres afin de couvrir complément la toiture existante
- La pose des panneaux photovoltaïques qui se réalise au sol.
- Le réglage du système de tirant pour garantir la stabilité d’ensemble du système
Avec un nombre d’opérations assez réduites sur place, nous venons véritablement déplacer en atelier le temps de travail habituellement réalisé sur le chantier.
2 – le prix :
Industrialisation
Second effet de la conception modulaire de la Toiture énergie est la capacité à industrialiser le process de fabrication des modules pour tenir des cadences de production élevées. À titre d’exemple, les ateliers partenaires de notre groupement ont la capacité de produire 150 m² de caisson Toiture Energie /jour.
C’est pourquoi l’action de massification du concept nous permet d’écraser les coûts de production de ces modules.
Sur chantier, avec un temps d’intervention réduit, nous limitons la part main d’œuvre de compagnons et les coûts induits par les frais de déplacements. Mais nous limitons également les frais de transport car nous avons travaillé sur une largeur maximale de module de 2.40m. Ainsi, nous restons dans des gabarits routiers standard et maîtrisons aussi notre coût de logistique.
Cela permet atteindre les objectifs de prix/logements établi par le concours Energie Sprong diminuant en fonction du nombre de logement.
3 – les performances :
La solution permet d’atteindre un haut niveau de performance thermique avec un R=7.
Nous proposons 300mm de ouate de cellulose encapsulés entre un film pare pluie/pare vent et contreventement qui fait office de frein vapeur,(ou bien membrane frein-vapeur). Mais d’autres isolants peuvent être utilisés en fonction des contraintes de prix ou de poids attendues.
De plus, nous atteignons également un haut niveau de performance sur la production d’électricité renouvelable. L’usage de panneaux standard facilite également la maintenance. D’ailleurs sur le bâtiment de référence qui nous a été présenté pour le concours nous atteignons grâce aux débords une production supérieure à 201 kWh/m² de toiture /an soit un ratio par surface RT :76 kWh/m² de surface RT/an.
En effet, ce dernier point est important, car les recettes ou les économies générées par la valorisation de l’électricité produite permettent de réduire encore le coût de la rénovation.
Conclusion
Pour conclure, nous avons recherché à mutualiser des concepts techniques existants pour les intégrer dans un processus industriel de préfabrication (construction bois avec tirant, préfabrication de caisson étanche et respirant) dans le but de massifier les opérations de rénovation énergétique.
De plus, cette solution modulaire permet d’intervenir rapidement sur chantier, tout en limitant au maximum les interactions avec l’existant. Le recours à la préfabrication permet de réduire les coûts de fabrication, de transport et de mise en œuvre tout en bénéficiant d’une qualité produit élevée et d’un haut niveau de performance sur l’enveloppe thermique et sur la production d’énergie verte.
Enfin, l’aspect visuel de la solution avec une grande variété de finition permet de donner une nouvelle jeunesse aux bâtiments à toiture plate.
Le prototype Toiture-Energie : des éléments innovants
production d’énergie
→ Adaptabilité sur bâtiments à toiture plate de 9 à 15 mètres de largeur.
→ Interface facilitée avec le module d’isolation en façade.
→ Préfabrication des caissons isolés en atelier.
→ Durée de mise en oeuvre très réduite limitant les nuisances occasionnées aux locataires.
→ Limite les interventions sur le bâtiment existant (amiante, étanchéité, ventilation…).
→ Intégration et accès aux éléments de désenfumage et de ventilation dans le vide sous toiture.
→ Gestion de l’écoulement des eaux pluviales.
→ Intégration architecturale créant une véritable identité visuelle.
