Facteur de forme

Le facteur de forme en architecture fait référence à la proportion ou à la configuration d’un bâtiment, en particulier en relation avec sa surface extérieure par rapport à son volume intérieur. Il indique donc l’efficience avec laquelle un bâtiment contient son volume intérieur.

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.

Ce graphique montre la relation directe entre leur compacité et l’impact carbone de leur enveloppe. Moins un bâtiment est compact, plus il nécessite de matériaux pour son enveloppe, augmentant ainsi son impact carbone. Pour des constructions durables et écologiques, le facteur de forme doit être un critère clé dans la conception des bâtiments.

Quels indicateurs RE2020 sont influencés par le facteur 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 facteur 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.

Quelle valeur de facteur de forme faut-il privilégier ?

Facteur de forme inférieur à 1 :

Cela signifie que le volume du bâtiment est plus grand que sa surface extérieure. Ce cas est théoriquement rare en architecture conventionnelle, car cela supposerait une structure extrêmement compacte avec un faible rapport surface/volume. Un tel design minimise les pertes thermiques à travers l’enveloppe du bâtiment, améliorant ainsi l’efficacité énergétique. De plus, il permet de réduire la quantité de matériaux nécessaires, ce qui entraîne une économie sur les coûts de construction.

Facteur de forme égal à 1 :

La surface extérieure du bâtiment est égale à son volume intérieur. En pratique, cette situation est également rare, car elle nécessiterait des formes géométriques optimales (comme des sphères ou des cubes parfaitement équilibrés). Cela représente un bon équilibre entre la surface et le volume, mais ce n’est généralement pas l’objectif recherché en conception car il est difficile à atteindre.

Facteur de forme supérieur à 1 :

La surface extérieure est plus grande que le volume intérieur, ce qui est le cas le plus courant. Un facteur de forme élevé signifie généralement plus de déperditions thermiques par l’enveloppe du bâtiment, entraînant des besoins énergétiques plus importants pour le chauffage ou la climatisation. Cela se traduit souvent par des coûts énergétiques plus élevés et une moins bonne performance environnementale, surtout pour les bâtiments avec beaucoup de surface vitrée ou des formes architecturales complexes.

Analyse des émissions carbone des morphologies particulières

Demi-sphère

Demi-sphère : Bien que rare en architecture traditionnelle, la demi-sphère 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 demi-sphères 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 demi-sphères, 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

Pour ces formes particulières, un facteur de forme accru réduit considérablement l’impact carbone. Cependant, un haut facteur de forme ne garantit pas une surface habitable (SHAB) satisfaisante. En effet, pour la demi-sphère, la diminution progressive de la hauteur sous plafond vers les bords réduit la surface de plancher utilisable. Pour le cylindre, les difficultés de fabrication et d’aménagement intérieur peuvent également limiter son attrait et sa fonctionnalité. C’est pourquoi, en architecture, on utilise également le facteur de compacité, lié à la SHAB plutôt qu’au volume intérieur, pour évaluer plus précisément l’efficacité spatiale et l’utilisabilité des bâtiments.

Facteur de compacité

Le facteur de compacité est défini comme le rapport entre la surface extérieure du bâtiment et la surface habitable (SHAB).

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.

Ce tableau compare les facteurs de compacité et de forme de nos formes architecturales.

On constate que les formes comme le cylindre et la demi-sphère ont des ratios surface/volume plus bas, mais il est important de prendre en compte la surface habitable pour améliorer la fonctionnalité du bâtiment.

Pour optimiser la compacité, l’idéal est d’équilibrer le facteur de forme et de compacité, ce qui permet de concevoir des bâtiments énergétiquement 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 facteur de forme (C = S/V) et le facteur de compacité (C = S/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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