Compacité d’un bâtiment : formule, coefficient de forme et impact carbone

La compacité des bâtiments est un levier essentiel dans la conception architecturale durable, influençant directement l’impact carbone des constructions. En tenant compte des exigences de la réglementation RE2020, cet article explore comment la forme architecturale  affecte les indicateurs carbone, notamment à travers l’analyse comparative de plusieurs morphologies.

Coefficient de forme

Le coefficient de forme d’un bâtiment est le rapport entre la surface de l’enveloppe extérieure du bâtiment et son volume intérieur. Ce coefficient exprime l’efficacité avec laquelle un bâtiment contient son volume interne tout en minimisant les surfaces exposées aux échanges thermiques avec l’extérieur.

Plus le coefficient de forme est faible, plus le bâtiment est compact. Cela signifie qu’il nécessite moins de matériaux pour son enveloppe, réduit les pertes thermiques et diminue ainsi les émissions de carbone.

Un bâtiment compact utilise l’espace de manière plus efficace, ce qui est capital dans les zones urbaines densément peuplées ou sur les sites de petite taille.

Quels indicateurs RE2020 sont influencés par le coefficient de forme ?

Les différents indicateurs carbone (IC) sont des mesures utilisées pour évaluer l’impact carbone d’un bâtiment tout au long de son cycle de vie. Ces indicateurs sont essentiels dans le cadre de la réglementation environnementale, comme la RE2020 en France, pour réduire les émissions de CO₂ dans le secteur de la construction.

Voici une explication des indicateurs carbone :

Ic Chantier :

L’Ic chantier mesure les émissions des activités du chantier lui-même : énergie des engins et de la base vie, consommation d’eau, évacuation des terres. Le transport des produits jusqu’au chantier n’y figure pas : il est compté dans leurs FDES, donc dans l’Ic composants.

Ic Composants :

L’Ic composants évalue l’empreinte carbone des produits et équipements du bâtiment sur tout leur cycle de vie (fabrication, transport jusqu’au chantier, mise en œuvre, vie en œuvre et fin de vie), d’après leurs FDES et PEP. Il couvre la structure, l’enveloppe, les finitions et les équipements.

Ic Construction :

L’Ic construction est la somme de l’Ic composants et de l’Ic chantier. Il s’exprime en kg eq. CO2 par m² de surface de référence (la SHAB en logement), et c’est lui que la RE2020 compare au seuil.

Ic Énergie :

Cet indicateur évalue les émissions de carbone dues à l’énergie nécessaire pour le chauffage, la climatisation, la ventilation, l’eau chaude sanitaire, l’éclairage, et autres besoins énergétiques spécifiques du bâtiment.

Optimiser le coefficient de forme : quels avantages pour les bâtiments ?

Moins de matériaux requis

Un bâtiment compact possède une enveloppe plus petite et nécessite moins de matériaux de construction pour celle-ci, comparé à un bâtiment plus étalé ayant le même volume intérieur. Cette réduction des matériaux diminue l’Ic Composants.

À surface habitable égale, la compacité agit donc d’abord sur l’Ic composants : moins de m² de parois, donc moins de quantités d’enveloppe dans l’ACV RE2020, et un Ic construction plus bas.

Meilleure efficacité énergétique

Moins de surface de parois déperditives (qui échangent leur énergie avec l’extérieur) signifie une meilleure efficacité énergétique. Par conséquent, les bâtiments compacts perdent moins de chaleur en hiver et retiennent mieux la fraîcheur en été. Cela réduit ainsi les besoins en chauffage et en climatisation, et par conséquent, l’utilisation d’énergie et leurs émissions de carbone associées, optimisant l’IC Énergie.

Pour plus d’informations sur la manière dont la compacité influence les déperditions thermiques, vous pouvez consulter ce document.

Analyse de l’impact carbone de 7 morphologies différentes

Pour cette étude illustrant l’impact du facteur de forme sur l’empreinte carbone, nous avons modélisé et comparé sept formes architecturales courantes qui possèdent la même surface au sol et une hauteur sous plafond de 3 m.

Ce graphique illustre la relation directe entre le coefficient de forme et l’impact carbone de l’enveloppe de divers types de bâtiments. Les bâtiments sont classés du plus compact au moins compact, et du moins impactant au plus impactant en termes de carbone. Plus un bâtiment a une forme complexe, plus sa surface de parois est grande, nécessitant ainsi davantage de matériaux pour son enveloppe, ce qui augmente son impact carbone. Pour une construction durable et respectueuse de l’environnement, le facteur de forme doit être un critère essentiel dans la conception des bâtiments.

Ponts thermiques

Les ponts thermiques se concentrent aux liaisons : planchers, refends, balcons, menuiseries. Chaque décroché, redent ou attique allonge ces linéaires et ajoute des m² de parois, à traiter par l’isolation par l’extérieur ou par des rupteurs. Une forme simple limite donc à la fois les déperditions et les quantités d’enveloppe à compter dans l’ACV RE2020.

Pour approfondir l’optimisation du facteur de forme et identifier la valeur optimale, vous pouvez consulter ce document.

Morphologies particulières

La calotte sphérique

Bien que rare en architecture traditionnelle, la calotte sphérique offre le ratio surface/volume théoriquement le plus bas possible, avec encore moins de surface exposée par unité de volume que le cube. Cela rend la demi-sphère extrêmement efficace pour maintenir des conditions intérieures stables. Cependant, la hauteur sous plafond dans une demi-sphère diminue et tend vers zéro à mesure que l’on s’approche des bords, réduisant considérablement la surface habitable (SHAB). Cette caractéristique rend la demi-sphère moins pratique pour des usages quotidiens, car une grande partie de l’espace intérieur devient inutilisable.

Coefficient de compacité

Cependant, le coefficient de forme Sp/V a des limites lorsqu’il est appliqué à l’architecture. Bien qu’utile pour des considérations géométriques, il ne tient pas compte de la réalité des besoins habitables, comme la hauteur sous plafond ou les volumes inutiles. Ainsi, une approche plus adaptée serait d’utiliser un facteur de compacité Sp/SHab (surface des parois / surface habitable) pour mieux représenter les pertes énergétiques en fonction de l’espace réellement utilisé.

Le coefficient de compacité est défini comme le rapport entre la surface déperditive (m²) du bâtiment et la surface habitable SHAB (m²).

La SHAB représente la superficie de plancher réellement utilisable pour les activités de vie quotidienne, en excluant les espaces comme les murs, les escaliers et les conduits.

Un bâtiment avec une bonne compacité surface/SHAB maximise l’espace utilisable pour les occupants, améliorant ainsi le confort et la fonctionnalité de l’habitation.

Pour optimiser la morphologie d’un bâtiment, l’idéal est d’équilibrer le coefficient de forme et le coefficient de compacité, ce qui permet de concevoir des bâtiments efficaces tout en maximisant l’espace intérieur. Cela contribue à des constructions durables, légères, et confortables en optimisant l’utilisation des matériaux.

 Conclusion

La compacité des bâtiments est un levier majeur pour réduire l’empreinte carbone et améliorer l’efficacité énergétique, surtout dans le contexte des exigences croissantes de la RE2020. En choisissant des formes architecturales plus compactes, on réduit l’utilisation de matériaux et les besoins énergétiques, ce qui contribue à des constructions plus durables. Cependant, il est essentiel de ne pas négliger la fonctionnalité et le confort des espaces intérieurs, en considérant à la fois le coefficient de forme (C = Sp/V) et le coefficient de compacité (C = Sp/SHAB).

Désormais, vous savez l’importance de prêter attention à ces deux facteurs et à leur impact direct sur les émissions carbone des bâtiments. D’autres principes de conception bas carbone sont importants à prendre en compte dans cet article.

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