Par Jean Garon
Efficacité énergétique : tirer profit du béton

Recours au solaire passif, stockage d’énergie, réduction des ponts thermiques… Gros plan sur l’utilisation du béton dans une perspective d’optimisation énergétique des bâtiments.

Le béton est bien connu pour sa durabilité, ses propriétés structurales et ses qualités architecturales, mais tant celui prêt à l’emploi que les éléments préfabriqués avec ce matériau peuvent également contribuer à l’efficacité énergétique des bâtiments. D’autant plus que les stratégies permettant de le mettre à profit dans une telle perspective sont variées.

On n’a qu’à penser aux fondations et aux murs de bâtiments résidentiels coulés en béton avec un coffrage isolant. Il y a aussi les dalles de planchers radiants des grands espaces ouverts institutionnels et commerciaux, combinées ou non avec un système géothermique. S’ajoute à cela une variété d’options de panneaux préfabriqués en béton pour l’enveloppe des bâtiments institutionnels, commerciaux et industriels. 

« Le béton est le matériau le plus stable sur le plan thermique, en plus d’offrir une excellente performance sur le plan de l’étanchéité à l’air. Sans oublier qu’il s’adapte à tous les types d’isolants et de revêtements », avance d’entrée de jeu Luc Bédard, directeur général de l’Association béton Québec.

Anik Shooner, Roland Charneux, Louis Caron, Mario Gonçalves et Guillaume Lemieux

Le béton est effectivement loin d’être en reste quand il s’agit d’élaborer une stratégie d’efficacité énergétique en bâtiment. Il peut même se révéler un atout stratégique dès la conception de l’ouvrage. 

Les spécialistes évoquent ici les possibilités d’ériger des structures nécessitant moins de hauteur et par conséquent moins de matériaux pour construire l’enveloppe et pour compléter la finition intérieure. Ils parlent d’économies d’énergie résultant de bâtiments moins grands à chauffer ou à climatiser. Il y aussi les gains énergétiques possibles découlant de l’absence de pont thermique avec des surfaces en béton continu nécessitant moins de joints et moins d’isolant, quand ce ne sont pas tout simplement des gains passifs procurés par des murs en béton exposés. 

Inertie de la masse

L’ingénieur en mécanique du bâtiment et vice-président exécutif chez Pageau Morel, Roland Charneux, insiste surtout sur la propriété de l’inertie de la masse en béton. En accumulant passivement la chaleur dans la dalle le jour, donne-t-il comme exemple, cela procure une chaleur d’appoint par radiation la nuit. Ce qui a pour effet de soulager d’autant la quantité d’énergie nécessaire au système de chauffage et de climatisation. 

Couplé à un système géothermique circulant dans la dalle de béton avec un système prédictif de la météo sur une période de 24 heures, ajoute-t-il, il devient alors possible d’ajuster le chauffage du bâtiment avec l’énergie accumulée dans la dalle selon la période du jour. Finalement, cela peut se traduire non seulement par des économies d’énergie en raison du chauffage passif, mais également par un sous-dimensionnement de l’équipement mécanique, qui se trouve donc moins coûteux à l’achat et moins énergivore à l’usage. 

Anik Shooner, associée de la firme Menkès Shooner Dagenais LeTourneux Architectes, abonde dans le même sens en rappelant, toutefois, qu’il est nécessaire que la masse de béton soit exposée et non confinée entre d’autres matériaux de revêtement. « La Maison du développement durable, à Montréal, utilise bien cet effet de masse thermique avec une surface de plancher en béton poli exposé au rayonnement solaire par un mur-rideau en verre. 

« L’autre avantage énergétique de cette solution, ajoute-t-elle, c’est qu’elle réduit la quantité de matériaux nécessaires pour compléter le bâtiment. » C’est le cas de la dalle de béton du plancher, qui peut être polie pour sa finition, ainsi que de l’usage dispensé de matériaux ignifuges, puisque le béton agit déjà comme pare-feu. Il en va de même pour les murs des cages d’ascenseurs et d’escaliers, dont les surfaces peuvent être laissées en béton, sans autres matériaux pare-feu. 

L’architecte montréalaise prend également en considération d’autres bénéfices que procurent les bâtiments en béton. Il y a, bien sûr, la hauteur moindre entre les étages avec des dalles de planchers/plafonds et des abaissés plus petits pour passer la tuyauterie, l’électricité et la ventilation, la réduction des volumes d’espace à chauffer et climatiser et, du même coup, la quantité de matériaux de parement. Sans parti pris pour aucune option, elle suggère que la construction de chaque bâtiment devrait s’appuyer sur une analyse coûts/bénéfices. 

Solutions préfabriquées

Pour l’ingénieur Mario Gonçalves, président de CLEB science du bâtiment, le système de panneaux en béton préfabriqués est assurément une solution avantageuse sur le plan énergétique. Qu’il s’agisse de panneaux pré-isolés de type sandwich ou de panneaux simples avec l’ajout d’un isolant continu du côté extérieur, la solution a l’avantage de minimiser les ponts thermiques tout en assurant une bonne performance énergétique avec moins d’isolant.

À son avis, c’est une solution qui peut être motivée par le budget de construction et un échéancier serré. Elle permet d’optimiser la préfabrication de l’enveloppe, tout en assurant une installation rapide avec moins d’intervenants au chantier. Il donne comme exemple la Tour 1 des Canadiens, où l’on a justement utilisé des panneaux préfabriqués en béton avec un fini en granit en intégrant la fenestration en usine. 

École de musique Schulich de l’Université McGill - Photo de Marc Cramer

Tout dépend aussi de la conception de l’architecte et de l’esthétique recherchée. Les panneaux de béton peuvent aussi être utilisés en combinaison avec un mur-rideau en verre ou offrir d’autres finis en incorporant d’autres matériaux. Comme la brique et la pierre, ou même un fini en béton texturé présentant des motifs en retrait, avec ou sans coloration. 

Anik Shooner mentionne comme exemple le bâtiment de l’École de musique Schulich de l’Université McGill, fini en panneaux de béton préfabriqués avec insertion de briques d’argile. La maison des étudiants de l’ÉTS en est un autre exemple exhibant des motifs architecturaux. 

Un autre spécialiste convaincu, le technologue en architecture Louis Caron, associé chez Coarchitecture, apprécie grandement l’utilisation du béton en panneaux préfabriqués sur les murs extérieurs des bâtiments pour les mêmes raisons citées précédemment, mais aussi sous les aspects du cycle de vie du produit, de la qualité énergétique combinée à un système d’enveloppe adéquat et des grandes possibilités d’écorénovation. 

La maison des étudiants de l’ÉTS - Photo de Stéphane Brügger

« Les possibilités d’écorénovation sont énormes et très avantageuses au plan du développement durable et de l’efficacité énergétique », dit-il. Par exemple, l’augmentation du dimensionnement des sections fenêtrées par la coupe des panneaux de béton préfabriqués existants s’avère une méthode reconnue et de bonne pratique. En plus d’accroître les vues des occupants, cette solution ajoute de l’éclairage naturel qui apporte des gains énergétiques au bénéfice des charges électromécaniques du bâtiment. 

Somme toute, l’écorénovation des panneaux de béton préfabriqués combinée avec l’installation de nouveaux systèmes d’enveloppe performants aura à coup sûr un impact sur l’efficacité énergétique du bâtiment. Du reste, elle ajoutera aux panneaux préfabriqués une autre durée de vie utile de 40 à 50 ans et même plus au bénéfice du propriétaire et des occupants du bâtiment. 

De son côté, Guillaume Lemieux, directeur Marchés et affaires techniques à l’Association canadienne du ciment, fait valoir les qualités structurales du béton, notamment avec la dalle bidirectionnelle qui permet de longues portées et un gain en hauteur de 10 % entre les étages. Un gain qui se répercute sur la taille de l’enveloppe et l’efficacité énergétique. 

Il met également en relief les propriétés thermiques du béton lorsque sa masse est utilisée dans une stratégie solaire passive ou géothermique. Il ne passe évidemment pas sous silence la qualité des finis esthétiques des bétons architecturaux, ni des autres propriétés ignifuges et insonorisantes qui peuvent également avoir des répercussions positives sur la conception éconergétique des bâtiments. 

Au bout du compte, l’ensemble des professionnels consultés conviennent que le béton peut être mis à profit dans l’élaboration d’une stratégie énergétique quand vient le moment de concevoir, de construire et même de rénover un bâtiment. Tout dépend évidemment des contraintes de la commande (techniques, utilitaires, budgétaires ou autres) et des coûts/bénéfices recherchés. 

Suivez le guide !

L’industrie canadienne du béton a publié un guide portant sur l’utilisation du béton sous l’angle de l’optimisation énergétique des bâtiments. Intitulé Meeting and Exceeding Building Code Thermal Performance Requirements, il se décline en volets consacrés au béton préfabriqué, au béton prêt à l’emploi – incluant le recours aux coffrages isolants – et à la maçonnerie de béton. 

« Il n’y a pratiquement pas de limites à la valeur-R qu’on peut aller chercher », dit Brian Hall, directeur général de l’Institut canadien du béton préfabriqué et précontraint. Selon lui, les panneaux architecturaux de béton préfabriqué possèdent une variété de caractéristiques avantageuses pour la construction en contexte nordique : durabilité, abordabilité, résistance au feu et polyvalence. 

Les performances énergétiques de ces systèmes de murs sont toutefois conditionnelles à une conception rigoureuse. « La compréhension et l’atteinte des nouveaux standards rendent la tâche des concepteurs plus complexe, précise-t-il. Par ailleurs, des choix importants relatifs à l’élaboration de l’enveloppe et à la fenestration doivent être faits tôt dans le processus pour arriver à créer des bâtiments rentables, performants et confortables. » 

Le guide s’adresse aux architectes, ingénieurs, propriétaires d’immeubles, constructeurs et consultants spécialisés dans l’enveloppe du bâtiment. Il permet de démontrer l’implication, en matière de résistance thermique, d’éléments clés du processus de conception, dont la configuration de l’enveloppe et le ratio mur/fenêtre. 

On y explore également les différentes voies de conformité permettant d’atteindre les normes canadiennes d’efficacité énergétique grâce au béton. Un chapitre porte sur l’identification des ponts thermiques dès l’étape de conception et présente les solutions pour y remédier. On explique enfin comment utiliser la valeur-R d’une section de mur plein afin d’anticiper la performance globale de l’enveloppe.

 

Stratégies croisées

La construction en béton permet d’appliquer diverses stratégies éconergétiques en parallèle, dont :

  • l’intégration d’un réseau hydronique dans une dalle de plancher ;
  • le stockage d’énergie ;
  • le recours à des coffrages isolants ;
  • la réduction des ponts thermiques en isolant en continu de l’intérieur des panneaux muraux préfabriqués ;
  • l’utilisation de panneaux architecturaux pré-isolés de type sandwich ;
  • et autres.

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