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 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 de gaz à effet de serre générées par les activités sur le site de construction, y compris la consommation d’énergie des engins, les transports des matériaux et des personnels, ainsi que les déchets produits.

IC Composants :

L’IC Composants (ou IC Matériaux) évalue l’empreinte carbone des matériaux utilisés dans le bâtiment, depuis leur extraction, transformation, transport, mise en œuvre, et leur fin de vie. Il inclut les matériaux de structure, d’isolation, de finition, etc.

IC Construction :

L’IC Construction englobe les émissions de carbone de l’ensemble du processus de construction, incluant à la fois les IC Composants et IC Chantier, mais aussi les émissions liées à la logistique, l’assemblage des matériaux et les installations temporaires sur le chantier.

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.

De plus, pour des bâtiments possédant un nombre d’étages minimal, il n’est pas nécessaire d’utiliser des grues. Cela réduit la production de carbone associée au levage des matériaux jusqu’au sommet de l’immeuble, minimisant l’IC Chantier.

La combinaison de la baisse de l’IC Composants et de l’IC Chantier entraîne également une réduction significative de l’IC Construction, ce qui contribue à l’optimisation globale de l’ACV du projet.

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 3m.

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

Dans des formes géométriques simples, comme un cube, les surfaces planes et les angles sont plus faciles à isoler efficacement. En revanche, plus un bâtiment possède de courbes, de recoins ou de formes complexes (comme une calotte sphérique ou des formes irrégulières), plus les ponts thermiques sont nombreux et difficiles à traiter. Cela nécessite une quantité plus importante d’isolant pour compenser ces zones de faiblesse, augmentant ainsi les coûts de construction et l’impact environnemental lié à l’utilisation de matériaux supplémentaires.

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.

Remarque : Pour surmonter les limitations des calottes sphériques tout en conservant une excellente efficacité énergétique, les maisons géodésiques offrent une solution intéressante. Ces structures en dôme, composées de triangles interconnectés, maximisent la résistance et la stabilité tout en maintenant un faible ratio surface/volume. Contrairement aux calottes sphériques, les maisons géodésiques permettent une meilleure distribution de l’espace intérieur et une utilisation plus pratique de la surface habitable. En outre, leur conception modulaire facilite la construction et l’adaptation à divers environnements et besoins. Les maisons géodésiques allient ainsi les avantages thermiques et structurels des formes sphériques avec une meilleure fonctionnalité, ce qui en fait une option durable et écologique pour l’architecture moderne.

https://mygeodome.com/la-maison-geodesique-maison-dome-toutes-vos-questions/

https://www.admagazine.fr/architecture/balade/article/la-maison-dome-un-batiment-a-geometrie-variable

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. En intégrant ces considérations dès les premières étapes de conception, vous pourrez non seulement respecter les réglementations en vigueur, mais aussi participer activement à la construction d’un environnement bâti plus respectueux de la planète.

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