Soprema et le CSTB ont signé en 2021 un accord-cadre de recherche sur plusieurs thèmes, dont l’adaptation au changement climatique dans un bâtiment non climatisé. Témoignage d’Étienne Crépon, président du CSTB.

Le changement climatique interroge la conception des bâtiments, et notamment nos habitudes en termes de gestion du confort d’été. Dans ce contexte, nous avons mené, dans ce nouveau bâtiment sans climatisation, une expérimentation sur la perception du confort thermique des occupants des bureaux pendant l’été 2023, qui fut un été chaud ! Le CSTB y a déployé la méthode Pulse, qui permet d’évaluer un lieu à partir de tests physiologiques et sensoriels auprès d’un panel d’usagers. Nous avons analysé les perceptions, explicites et implicites, de dix collaborateurs et avons ainsi démontré l’adaptation de ce bâtiment aux fortes chaleurs.

Cet accord-cadre porte également sur la gestion des eaux pluviales. Elles constituent une ressource encore trop mal exploitée. L’eau peut être récupérée et stockée en toiture pour abattre les pics de pluviométrie dans les réseaux, être réutilisée pour des usages ne justifiant pas de potabilité, et permettre le maintien en bonnes conditions hydriques d’un substrat végétalisé. Bien que difficilement quantifié à ce stade, et ce sujet fait partie de nos recherches, le stockage d’eau permet aussi une atténuation de l’élévation de température de la surface de toiture via l’absorption d’énergie lors du changement de phase de l’eau stockée (chaleur latente de vaporisation). La gestion et la valorisation des eaux pluviales en toiture constituent donc un champ de R&D pertinent pour notre collaboration, et sur ce thème nous avons déjà engagé deux projets:
-Une recherche doctorale sur la gestion des eaux pluviales vers une appréhension des services écosystémiques des solutions fondées sur la nature, avec un focus particulier sur les toitures-terrasses végétalisées.

-La gestion alternative des eaux grises en collaboration avec le Laboratoire eau, environnement et systèmes urbains (Leesu) et le bureau d’études Aquatiris, sur des procédés de phytoépuration des eaux grises en toituresterrasses végétalisées. Un pilote est d’ailleurs installé sur le toit du Grand Charles, le siège strasbourgeois de Soprema.

Le principe du free-cooling selon l’architecte du projet

Le free-cooling repose sur l’utilisation de sources naturelles de refroidissement telles que l’air extérieur froid, pour réguler la température à l’intérieur d’un bâtiment. Les explications d’Alexandre Grenier, l’architecte en charge du projet.

Fonctionnement

Systèmes de ventilation intelligents : les systèmes de free-cooling sont conçus pour utiliser l’air extérieur lorsqu’il est plus frais que l’air intérieur. Au lieu de faire fonctionner des unités de climatisation, un système de ventilation est programmé pour introduire l’air extérieur directement dans l’espace à refroidir. Nous l’appelons également night-cooling, car ce système est généralement utilisé la nuit lorsque les températures sont plus fraîches et lorsque les lieux sont inoccupés.

Échangeurs de chaleur : des échangeurs de chaleur sont utilisés pour transférer la fraîcheur de l’air extérieur à l’air intérieur. En façade, l’échangeur de chaleur est une grille côté extérieur et un panneau, soit vitré soit plein, côté intérieur, qui s’ouvre par l’action d’un vérin. En toiture, nous avons des lanterneaux et une grande voûte (Bluevoûte) développés par l’entreprise Bluetek.

Contrôle automatique : le système de free-cooling est doté de capteurs de température et d’humidité qui surveillent les conditions extérieures et intérieures. Ces capteurs permettent au système de décider automatiquement du moment optimal pour utiliser le free-cooling (ouvrir les grilles de ventilation basses, les lanterneaux et la voûte en même temps), en fonction des conditions météorologiques et des besoins de refroidissement.Les voûtes et verrières ont été fournies par Bluetek.

De plus, un effet cheminée est créé. L’air frais entre par les grilles de façade en partie basse, et l’air chaud qui monte naturellement s’évacue par les lanterneaux et la voûte. Les avantages du free-cooling sont principalement liés à l’économie d’énergie et à la réduction des coûts d’exploitation des systèmes de climatisation. En utilisant l’air extérieur pour refroidir les bâtiments lorsque les températures extérieures sont favorables, les entreprises et les organisations peuvent réduire leur dépendance aux systèmes de climatisation fonctionnant à plein régime, ce qui entraîne des économies d’énergie significatives. En résumé, le free-cooling est une stratégie intelligente pour réduire la consommation d’énergie liée à la climatisation en exploitant les ressources naturelles disponibles pour le refroidissement, ce qui est bénéfique tant sur le plan économique qu’environnemental.

Le travail de laboratoire chez Soprema

Le laboratoire teste l’ensemble du cycle de vie des produits isolants en mousse polyuréthane de la marque, de la transformation des matières premières au devenir des déchets en passant par les performances de l’isolant sur cinquante ans.Les solutions Soprema se retrouvent sur de nombreuses toitures-terrasses.

-Des essais dits « d’incurvation sous gradient thermique » – le Technicum – permettent de vérifier que la planéité des panneaux reste conforme lorsque leurs deux faces sont à des températures différentes. Cette configuration se retrouve notamment dans le cas de toitures-terrasses.

- Les étuves sèches permettent de conserver des échantillons à 70 °C pendant cent soixante-quinze jours, afin de réaliser un vieillissement accéléré des panneaux isolants en mousse polyuréthane selon la norme EN 13165. Ce vieillissement accéléré permet de garantir une performance thermique à vingt-cinq ans. Les étuves humides permettent de soumettre les échantillons à différentes conditions de température et d’humidité, afin d’en déterminer la stabilité dimensionnelle selon la norme EN 1604 et les guides du CSTB.

-Le laboratoire Méca Dynamique dispose de plusieurs machines d’essai bicolonnes pour la réalisation d’essais de traction et de compression, de pelage et de flexion selon les normes EN 826 et EN 1607. Ces équipements permettent de contrôler les performances mécaniques des produits, dont la contrainte en compression à 2 % et 10 % et la résistance à la traction perpendiculairement aux faces.

-Le laboratoire Analytique permet de mesurer la viscosité des matières premières à différentes températures entre – 20 °C et + 300 °C à l’aide d’un viscosimètre.

-Le laboratoire Chimie permet de travailler sur l’utilisation de nouvelles matières premières. Des agitateurs mécaniques offrent la possibilité de réaliser des moussages et ainsi de caractériser les formulations de mousses de polyuréthane, de prédire leur dureté, la vitesse d’expansion, l’évolution de la température, de la pression et de la polymérisation.

-Le laboratoire Méca Statique évalue la réponse des matériaux d’isolation soumis à des contraintes verticales (par exemple sous une dalle) sur des temps longs.

-Le microscope électronique à balayage permet l’observation fine de la structure des mousses. L’équipement est doté d’un module d’analyse des émissions de rayons X donnant accès à la nature des atomes composant le matériau.

-Le laboratoire Lambdamètre permet de connaître la résistance thermique R et la conductivité thermique (lambda).

-Le laboratoire Feu dispose d’une cabine feu afin de déterminer l’allumabilité des isolants.

-L’absorption de l’eau par les produits isolants alvéolaires est également déterminée. Un banc d’essai de raideur dynamique permet l’évaluation de la constance des performances acoustiques, une caractéristique essentielle des produits utilisés en application sol.

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