L’émergence de ce projet immobilier exemplaire remonte à 2006. L’idée est simple et intuitive. Il s’agit de s’appuyer sur les compétences de collègues de l’institut national de l’énergie solaire (INES), qui a vu le jour à cette période, pour concevoir et réaliser un bâtiment à très faible impact environnemental en climat méditerranéen qui soit reproductible et à un coût raisonnable.
Très schématiquement la conception de la construction s’appuie sur des choix architecturaux précis couplés à des solutions énergétiques innovantes dans le but ultime d’optimiser la consommation d’énergie et d’approcher idéalement le bâtiment à énergie positive. Le projet inclut depuis le départ une vocation expérimentale. En effet, le retour sur expérience est partie intégrante du projet et inclut un suivi triennal des performances énergétiques réelles.
D’un point de vue architectural, des principes simples ont été adoptés : une forme compacte, un noyau intérieur en béton à forte inertie et une bonne isolation par paroi légère extérieure (photos ci-dessous). A ces principes élémentaires ont été ajoutés la production d’eau chaude sanitaire et de chauffage par l’énergie solaire, selon un schéma théorique capable d’assurer près de 100% de recouvrement via un stockage optimisant la capacité de la dalle béton et celle du ballon d’eau chaude. Pour garantir le confort d’été, on a choisi le recours à la ventilation naturelle associée à un rafraichissement par brassage d’air et à une bonne gestion des protections solaires.
Au-delà de ces différentes technologies destinées à maitriser l’énergie dans le bâtiment, une étude spécifique a été réalisée pour évaluer précisément le potentiel énergétique disponible en regard des besoins, de manière à équilibrer le bilan énergétique annuel en faisant du bâtiment un véritable noeud énergétique capable de consommer, stocker et produire de l’énergie en fonction des périodes.
Les aspects de ventilation naturelle et de son optimisation ont permis de fédérer autour de ce modèle de bâti un ensemble de projets scientifiques.
Il s’agit par exemple du projet ADN-bati réalisé dans le cadre du programme interdisciplinaire Energie du CNRS. Dans ce contexte, un exercice de simulation de la ventilation naturelle décrivant les échanges aérauliques dans une pièce du bâtiment Charpak a été l’objet d’un benchmark.
Le projet ADN-bati, associant le laboratoire d’informatique pour la mécanique et les sciences de l’ingénieur - LIMSI (CNRS/UPMC/Université Paris Sud), le laboratoire optimisation de la conception et ingénierie de l’environnement - LOCIE (CNRS/Université de Savoie) et le laboratoire PIMENT de l’université de La Réunion, a pour objectif le développement des modèles de simulation du transfert de flux d’air dans les bâtiments. Les modèles de simulation existants à ce jour, comme par exemple les modèles de mécanique des fluides numériques, sont en effet trop demandeurs en termes de ressources informatiques et se révèlent peu adaptés pour l’étude des phénomènes à l’échelle d’un bâtiment ou d’une pièce.
Les schémas ci-dessous illustrent un exemple de résultats issus du benchmark. Dans la pratique, une étude a permis d’optimiser la forme et les dimensions des ouvertures pour la ventilation naturelle (L.Stephan, A.Bastide, E.Wurtz, Optimizing opening dimensions for naturally ventilated buildings Applied Energy, 88 (2011), pp. 2791-2801).
Le bâtiment Charpak a été choisi comme exemple d’application du programme «solar heating and cooling» de l’agence internationale de l’énergie «net zero energy building» (www.iea-shc.org/task40/)
Le bâtiment a également fait l’objet du projet ANR 4C (Confort en Climat Chaud sans Climatiser) avec pour objectif l’optimisation du contrôle du fonctionnement en ventilation naturelle associée à un brassage d’air.
A ce jour, la vérification du comportement du bâtiment Charpak en situation d’usage régulier et le développement d’une méthode de conception et d’optimisation du fonctionnement de solutions de ventilation naturelle mises en oeuvre à Cargèse sont l’objet de deux thèses de doctorat encadrées par les chercheurs du laboratoire de génie électrique de Grenoble – G2elab (CNRS/Université Grenoble I/Institut polytechnique de Grenoble) et du LOCIE en lien avec l’INES et l’IESC.
Dans le contexte sociétal actuel où le secteur du bâtiment représente près de 50 % des consommations énergétiques et 70% des consommations électriques - avec une préoccupation toute particulière vis-à-vis du confort d’été notamment en climat méditerranéen - ce bâtiment a permis de fédérer un grand nombre de laboratoires de recherche au niveau national et même international dans le cadre de l’agence internationale de l’énergie. Ceci devrait conduire à d’importants progrès tant en matière d’amélioration du confort que de la réduction de consommation énergétique.
Simulation de la ventilation naturelle décrivant les échanges aérauliques dans une pièce du bâtiment Charpak Expériences de : Alain Bastide, PIMENT
A : Description des conditions aux limites
B : Présentation du champ de température dans la pièce. En bleu foncé la température d'air minimum et en rouge la température d'air maximum
C : Evolution du champ de vitesse dans le plan médian, en bleu foncé les vitesses d'air nulles et en rouge les vitesses d'air maximales.
Diaporama de l'inauguration