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Architecture et durabilité : approches critiquesArchitecture and sustainability: critical approaches AR-616: Andersen Marilyne, Lufkin Sophie, Pastore Luisa, Rey Emmanuel, Rockcastle SiobhanSemestre de printemps 2015 | Spring semester 2015

DESIGN INT É G R É , ARCHITEC TURE E T DUR ABILIT É

L A S TL I P I DIDEAS

Doctorants:

EPFL | ENAC | EDAR | IDEAS | Module 1 | 2015

Architecte: Bill Dunster ArchitectsIngénieur: ArupMaître d’ouvrage: Peabody TrustAnnée de construction: 2000-2002

Sergi Aguacil | Giuseppe Peronato | Jean-Denis Thiry

Beddinton Zero Energy Development (BedZED), Sutton, Royaume-Uni

BedZED est le premier quartier de cette taille et de ce niveau d’efficacité énergétique à avoir été construit au Royaume-Uni selon des principes d’habitat écologique. Tout en poursuivant un objectif social, le projet vise la diminution des pollutions et des émissions de CO2 et propose des alternatives à l’automobile. Le programme fonctionnel occupe une surface de 1.7 Ha avec une densité de population de 147 personnes/Ha. Il se compose de 82 logements de 1 à 4 pièces, de 2500 m2 de bureaux, commerces et autres activités complémentaires, ainsi que d’espaces verts publics et privés.

Photographie du projetE N V I R O N M E N T & U R B A N I Z AT I O N Vol 21 No 2 October 2009

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of their resource use and waste generation, including greenhouse gas emissions. If you total up the earth’s biocapacity and divide it by the global population, a fair share for any individual would be approximately 1.8 global hectares. Global hectares are a unit that normalizes the difference in bioproductivity between different types of land use so that one global hectare of premium cropland is equal to one global hectare of marginal cropland. For a brief introduction to ecological footprinting, see http://tom.acrewoods.net/research/eco-footprinting; also Rees, William E (1992), “Ecological footprints and appropriated carrying capacity”, Environment and Urbanization Vol 4, No 2, October, pages 121–130; and Wackernagel, Mathis, Justin Kitzes, Dan Moran, Steven Goldfi nger and Mary Thomas (2006), “The ecological footprint of cities and regions: comparing resource availability with resource demand”, Environment and Urbanization Vol 18, No 1, April, pages 103–112.

5. Wiedmann, Tommy and John Barrett (2006), The Ecological Footprint of Sutton, a REAP (Resources and Energy Analysis Programme) Project, University of Strathclyde.

PHOTO 1The Beddington Zero Energy Development (BedZED)

© Tom Chance 2008

FIGURE 1Sectoral make-up of the ecological footprint of an average

UK resident (5.45 global hectares)

SOURCE: BioRegional (2008), based upon the REAP model by Stockholm Environment Institute.

source: Chance 2009 Plan de situation

source: Google Earth

0 50 100 200 m

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Plans, coupes, élévations, schémas | Plans, sections, elevations, diagramsE N V I R O N M E N T & U R B A N I Z AT I O N Vol 21 No 2 October 2009

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in the local market, so some workspaces were subsequently converted to private homes for sale.

Communal spaces around BedZED include: the pedestrianized “living streets”; a small village square popular with young children; a sports pitch; allotments (for growing food); and a community centre called the Pavilion. This centre provides changing rooms with showers, toilets, basic catering facilities and two large spaces that are commonly used for exer-cise and dance classes, conferences and parties.

II. BedZED’S HISTORY

The idea of building BedZED was hatched by Bill Dunster Architects (BDA, now ZEDfactory) and environmental experts BioRegional. Bill wanted to apply his dense, mixed-use zero-energy approach to a larger scale, after his prototype, Hope House, while BioRegional had outgrown their

FIGURE 3Map of BedZED

SOURCE: Adapted from a plan by ZEDfactory, originally published in Toolkit for Carbon Neutral Developments Part II, BioRegional (2003).

source: Chance 2009

0 10 40 m20

E N V I R O N M E N T & U R B A N I Z AT I O N Vol 21 No 2 October 2009

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their carbon dioxide emissions. BedZED homes are kept at comfortable temperatures with fresh air, using simple passive architectural techniques rather than high-tech solutions. The design team aimed to reduce the energy demand for heating, cooling and ventilation by 90 per cent com-pared to the average UK home, and also aimed to ensure that buildings needed no energy to achieve this for most of the year. Of course, these particular design choices are specifi c to the climate in the southeast of England.

The south side of the buildings are fronted with ground-to-ceiling conservatories that are 15° off south facing. Adjoining buildings have roofs that slope at 30° to ensure that sunlight in the winter, with a low sun, can still reach the whole of the conservatory at such a high building density. These conservatories capture warmth from the surrounding air and the sun. In the summer, the windows can be opened so that the con-servatories are effectively external spaces, which remain cool to prevent overheating.

Most of the remaining heat demand comes from occupants – our bodies emit approximately 100W of heat, and appliances such as ovens and televisions can provide the rest. There is a top-up system for the winter, which blows warm air out of the airing cupboard(9) and into the

FIGURE 4Building physics

SOURCE: ARUP, republished from Toolkit for Carbon Neutral Developments Part II, BioRegional (2003).

9. Each home has a hot water cylinder that is stored in an “airing cupboard”, so called because they are commonly used in the UK to warm and provide air for damp towels, clothes, etc.

source: ARUP, in Chance 2009

source: portalarquitetonico.com.br

source: ARUP, from flickr.com

Plan

Coupes schématiquesStratégies passives

Programme

Equipements techniques

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Aspects en accord avec les principes du développement durable | Aspects in line with sustainable development principles

Domaine 1 - Société Thème 1.1 - Vie en commun Critère 1.1.1 - Intégration, mixité

Le projet vise une mixité sociale en proposant des logements destinés à différentes classes sociales. La société Peabody Trust a attribué les 82 logements selon différentes règles d’accès : en propriété individuelle ou en copropriété respectivement pour les classes aisées (34 logements) et les classes intermédiaires (23 logements), ou bien en location avec un loyer modéré pour les ménages à faibles revenus (25 logements) (Métamophose 2007, 9).

La présence de studios pour étudiants ainsi que de 3000 m2 de surface d’activités garantit aussi une mixité d’activités. De plus, le projet intègre une certaine variété typologique pour encourager la mixité cultu-relle et intergénérationelle, avec la présence de studios à une chambre, de maisonnettes à 3 chambres et d’unités combinées en logement/travail (ibid., 9). Depuis l’extérieur, aucune différence visible ne permet de distinguer les différents types de logements, évitant ainsi de souligner les différences de revenus des habitants du quartier (CERDD 2005).

Les résultats d’un sondage effectué pendant la campagne de monitoring (Hodge and Haltrecht 2009) dé-montrent que, par rapport aux habitants du quartier de Hackbridge (hormis BedZED), les habitants de BedZED ont une bonne connaissance du nom de leurs voisins, et 65% des résidents ont affirmé connaître plus de personnes que dans leur précédent quartier. Ceci montrerait que de réels échanges s’installent entre les personnes appartenant à des classes sociales différentes. Pour favoriser ces rencontres, le projet intègre des infrastructures collectives et d’encadrements pour enfants (camps sportifs, crêches), comme recommandé par la norme SIA 112/1 (SIA 2004).

Domaine 2 - Économie Thème 2.2 - Frais d’investissementsCritère 2.2.2 - Financement

La norme SIA 112/1 (SIA 2004) montre que la transposition pratique de ce critère a comme objectif de ga-rantir sur le long terme des frais d’investissement. Le projet BedZED, que l’on pourrait qualifier d’expérimen-tal, ne respecte pas ce critère parce que les stratégies de financement sont basées sur des aides publiques. Par contre, en s’éloignant du sens strict de ce critère économique, le résultat de l’application de ce système de financement a eu un impact social positif, en permettant l’accès de ce type de logement à haute perfor-mance aux classes sociales les moins fortunées.

Domaine 3 - Environnement Thème 3.1 - Matériaux de constructionCritère 3.1.2 - Impacts environnementaux

A l’image de BedZED, le critère 3.2.1 prône une réduction des impacts environnementaux: l’énergie grise utilisée pour la fabrication des matériaux (émissions de carbone) et pour le processus d’extraction et trans-formation des matières premières. Ainsi, des matériaux naturels, recyclés et récupérés ont été choisis pour la construction du quartier. Les matériaux durables utilisés représentent environ 3404 tonnes, y compris le remblayage de l’excavation de base (1862 tonnes), ce qui représentait 15% du projet de construction.

L’approvisionnement en matériaux et produits doit également s’effectuer, autant que possible, dans un rayon de maximum 60 km, afin de réduire la pollution et les impacts liés au transport et favoriser l’économie locale. Pour ce projet, 52% des matériaux proviennent d’un rayon inférieur à 56 km, et la distance moyenne d’approvisionnement totale est de 107 km. Comparativement aux distances de transport moyennes na-tionales, cela représente 65 Km en moins et 120 tonnes d’émissions de CO2 a été épargné, soit 2% de la consommation incluse dans le schéma de production et acheminement classique (BioRegional 2012). La majorité des matériaux les plus lourds (briques, parpaings, 50% du béton, 80% du bois et toutes les plaques de plâtre) provient d’une fabrication locale. Le choix des matériaux pour le projet s’est fait selon trois orien-tations principales :

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• Des matériaux de récupération, à l’échelle locale : planchers, ossatures et menuiseries bois, poutres et éléments d’acier, mâts d’échafaudage, bordures de trottoirs, dalles de pierre et briques.• Des matériaux recyclés: le plastique pour les portes des meubles de cuisine et plans de travail, et le granulat concassé pour la sous-couche des routes.• Des nouveaux matériaux naturels : des bois éco-certifiés ont été utilisés, provenant de forêts locales et/ou certifiées Forest Stewardship Council (FSC). Par exemple, aucun matériau employé ne contient de formaldéhyde, pour éviter les risques d’allergie des occupants.

BedZED est conçu pour durer au moins 120 ans, plus du double de la durée de vie d’une maison classique du Royaume-Uni. Dès la phase de conception, le projet a été pensé de telle sorte que les matériaux puissent être réutilisés lors de la déconstruction. Si, par exemple, les architectes avaient conçu des structures com-plexes en acier incurvées non standard, il aurait été très difficile de les trouver en récupération lors de la construction (Chance 2009).

Domaine 3 - Environnement Thème 3.2 - Énergie d’exploitationCritère 3.2.4 - Couverture des besoins en énergie d’exploitation

Dans le but de couvrir tous les besoins d’énergies du bâtiment avec l’énergie renouvelable produite sur le site, le projet recherche avant tout la performance passive du bâtiment, comme recommandé par la norme SIA. Les gains solaires et l’éclairage naturel sont maximisés par une disposition bioclimatique des espaces qui prend en compte les différentes nécessités de ces fonctions (logements au sud, bureaux au nord). La forte masse thermique augmente l’inertie du bâtiment et les déperditions sont réduites grâce à une inso-lation et un système de récupération de chaleur performants. La ventilation naturelle par des cheminées passives annule les besoins d’énergie nécessaires à une ventilation mécanique, et récupère 70% de la cha-leur évacuée (Métamorphose 2007).

Le photovoltaïque est bien intégré dans l’enveloppe, en utilisant non seulement les toitures orientées sud mais aussi les vitrages inclinés et verticaux du deuxieme étage où les cellules assument aussi la fonction de filtrage de la lumière. Tout en considérant les défauts du système de co-génération à biomasse, la couver-ture de 20% de la demande en énergie électrique par le photovoltaïque a tout de même permis la réduc-tion de 56% des émissions de CO2 par rapport à un logement classique au Royaume-Uni (Chance 2009).

La gestion de la fluctuation de demande énergétique du bâtiment (pour le chauffage des espaces inté-rieurs) a été centrale dans la définition des différentes stratégies du projet: au niveau de l’enveloppe grâce à la masse thermique élevée des blocs denses et dalles en béton, et au niveau des systèmes HVAC, grâce à un système de stockage dans des cylindres d’eau chaude à l’intérieur des logements et espaces de tra-vail; enfin, au niveau social, la mixité d’activités a permis de réduire davantage ces fluctuations comme les demandes en énergie se présentent à différents moments de la journée (Hodge and Haltrecht 2009, 19).

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Aspects en contradiction avec les principes du développement durable | Aspects in contradiction with sustainable development principles

Domaine 1 - Société Thème 1.1 - Vien en communCritère 1.1.1 - Intégration, mixité

Bien qu’il y ait une certaine variété typologique à l’échelle du quartier, les logements sociaux sont similaires et de petites tailles (Schaff 2008, 24). Ceci n’encourage pas une mixité intergénérationnelle (parfois dans des familles de grande taille) entre les habitants de cette classe sociale. De plus, l’équilibre délicat entre rentabilité économique et mixité sociale est réalisée au prix d’une qualité inférieure pour les logements sociaux, orientés vers le nord (ibid.). De plus, l’intégration d’infrastructures collectives prévues en phase de projet a été seulement en partie positive. Par exemple, la crèche a été fermée après quelques années.

Domaine 2 - Économie Thème 2.2 - Frais d’investissementsCritère 2.2.2 - Financement

Dans le domaine de l’économie, la recommandation SIA 112/1 montre que ce critère a comme objectif de garantir sur le long terme les frais d’investissement. Dans le tableau sont repris les principaux indicateurs de coût du développement de BedZED.

Concernant les aspects financiers et d’investissements, le projet a bénéficié d’un soutien de la part de la ville grâce à l’acquisition de 1.7 Ha de terrain par le London Borough of Sutton, vendus ensuite à Peabody Trust (qui a financé le projet et son surcoût) en-dessous du prix du marché en raison des initiatives environ-nementales et sociales prévues. De plus, la commission européenne a accordé une aide de 10% du coût total du projet, soit 3.5 millions d’euros (Vasseur et al. 2007, 11).

Quelques difficultés ont été rencontrées dans l’ensemble du développement du projet, comme l’augmen-tation du coût de 30% par rapport à l’estimation initiale. Si le projet n’avait pas profité de ces aides écono-miques, le coût du programme aurait doublé par rapport à un autre programme traditionnel. Par contre, pour faciliter l’occupation du quartier, les résidences ont été vendues au prix standard du marché (c.-à-d. le prix moyen d’un appartement dans la même zone) grâce aux surcoûts assumés par Peabody (ADEME 2008, 8). Une des raisons principales de ce surcoût est dûe au système de cogénération bois, chargé de fournir le chauffage et l’électricité du projet, qui tombait régulièrement en panne. Par conséquence, l’agence sociale qui s’occupe de la maintenance du projet doit désormais importer environs 80% d’électricité non-renou-velable.

En voyant les données, on aurait raison de croire que le projet est un échec sur le plan économique. Ce-pendant, les consommations énergétiques (eau, gaz, électricité) nécessaires aux tâches domestiques sont beaucoup moins élevées que dans des logements classiques. Par conséquent, ce surcoût initial peut être compensé lors de l’exploitation (ADEME 2008, 8).

Coût de la construction logements 9,9 M€ (1 585 €/m2)bureaux & commerces 3,3 M€ (1000 €/m2)

CHP (Unité de cogénération chauffage-électricité) 0,8 M€ (91 €/m2)Autres dépenses : taxes et impôts 2,5 M€

Autres dépenses : planification et vérifications 0,5 M€Coût total de l’opération (hors aides publiques) 17 M€Durée de vie espérée des bâtiments 120 ans

Tableau élaboré à partir de Vasseur et al. 2007, 29 ; Métamorphose 2007, 1.

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Domaine 3 - Environnement Thème 3.1 - Matériaux de constructionCritère 3.1.2 - Impacts environnementaux

Ce critère de la norme SIA112 prône une réduction des impacts environnementaux, dont notamment une diminution de l’énergie grise dûe à leur acheminement.

La construction de BedZED est un programme financé par le gouvernement, et la réutilisation des maté-riaux de récupération n’est pas optimale pour des opérations commerciales à grande échelle. Il n’est pas facile de contrôler la performance des matériaux ni les coûts supplémentaires liés à la récupération sur des projets en démolition. Cependant, il peut fournir certaines méthodes facilitant la réutilisation et réduisant la charge des projets de construction (Tanghao 2011).

Pour certains éléments du projet, les concepteurs ont rencontré des contradictions inévitables dans le choix des matériaux et leur provenance. Par exemple, pour les vitrages, il n’existait pas à l’époque des distribu-teurs locaux qui puissent fournir les volumes nécessaires tout en respectant les spécifications demandées (doubles et triples vitrages) à un prix compétitif. Cependant, la différence de performance énergétique et de cycle de vie incarné l’emportait nettement sur l’impact des transports. Les vitrages ont donc été importés du Danemark. Néanmoins, le choix du bois au lieu du PVC pour les cadres des fenêtres a permis, en terme de GES, d’économiser environ 800 tonnes de CO2, soit 12.5% du total émis par la construction de BedZED Le bois utilisé est soit du bois de récupération local, soit, le cas échéant, du bois labellisé FSC (Lafrance 2010).

Domaine 3 - Environnement Thème 3.2 - Énergie d’exploitationCritère 3.2.4 - Couverture des besoins en énergie d’exploitation

Le choix d’un système de production d’énergie innovateur et d’une entreprise non expérimentée a forte-ment pénalisé la réussite des objectifs de couverture des besoins en énergie d’exploitation. Le système de cogénération à gazéification de biomasse qui aurait permis l’autonomie énergétique du quartier n’a pas fonctionné comme prévu en phase de projet et n’est d’ailleurs plus active depuis 2005 (Hodge and Hal-trecht 2009, 20). En effet, le goudron produit s’accumulait dans le prototype de centrale de gazéification de biomasse et ce défaut n’a pas pu être résolu par le producteur, celui-ci ayant arrêté ses activités peu après l’installation (Chance 2009). En plus de ce défaut technique, les conséquences dûes au fait de devoir arrêter le système durant six heures la nuit à cause du règlement anti-bruit n’ont pas été suffisamment considérées en phase de projet. En effet, le goudron en excès se forme surtout en phase de refroidissement suite à l’arrêt du système.

Depuis 2005, les panneaux photovoltaïques sont donc la seule source d’énergie renouvelable. Bien qu’en phase de projet leur contribution ait été estimée à 30% de la consommation du site, des estimations basées sur la consommation et la production réelles ont réduit ce pourcentage à 20% (Hodge and Haltrecht 2009, 21). De plus, il manque un système complet de monitorage de la production photovoltaïque, car le moni-toring accompli en 2007 ne permet pas une estimation précise (ibid.).

Les simulations de la consommation d’énergie effectuées par l’équipe d’ingénieurs de Arup étaient géné-ralement trop optimistes. En les comparant aux résultats de la campagne de monitoring, seules les habita-tions avec trois chambres (14 monitorées) correspondent aux prévisions (-0.7%). Pour le reste, la variation de consommation énergétique s’étend de +10% à + 30% par rapport aux simulations (Hodge and Haltrecht 2009, 12).

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Synthèse | Synthesis

Le principal atout du projet réside en l’intégration d’un grand nombre de critères de durabilité avec une approche de type holistique. Celle-ci ne se ressent malheureusement pas pleinement à travers ce rapport étant donné que l’analyse de certains critères précis était demandée. Nous avons aussi pu remarquer l’ef-fort pour les pondérer, étant donné qu’un compromis satisfaisant n’est pas toujours possible à identifier.

Par exemple, du point de vue économique et social, BedZED a nécessité des aides publiques à la hauteur de 15% (acquisition du terrain, aides européennes et financement bénévole de la société Peabody) afin de garantir une rentabilité des frais d’investissement sur le long terme. Cette aide a néanmoins bénéficié aux habitants les moins fortunés étant donné qu’ils ont pu profiter d’une habitation à haute performance et basse consommation à un prix 20% inférieur d’un logement de performance similaire. Du côté de l’inves-tisseur, il reste difficile de gagner de l’argent sur des logements sociaux dans le cadre d’un projet écolo-gique complexe ayant pour objectif de garantir une mixité sociale. Toutefois, par rapport au cadre général des quartiers durables souvent réservés aux classes aisées (Emelianoff 2007), la priorité donnée à la mixité sociale est sans doute remarquable dans ce projet. Pour améliorer davantage l’application de ce critère à BedZED, on pourrait prévoir des espaces intérieurs flexibles et facilement personnalisables par les habi-tants, ainsi qu’une plus grande variété d’offres de typologies de logements.

Concernant les matériaux, en dépit de la baisse du prix des éléments récupérés à l’échelle locale, les coûts du processus de recyclage, de réutilisation et de transformation (main-d’œuvre) sont ajoutés aux travaux de construction, ce qui prolonge également la durée de construction du projet. La localisation de l’origine des matériaux réutilisables, la vérification de leur performance et de leur méthode de recyclage sont les points où l’industrie de la construction a encore le plus de progrès à faire pour réduire son impact environ-nemental, nécessitant la coopération et des changements de pratiques importants. Malheureusement, les concepteurs sont souvent tenus d’utiliser des produits déjà disponibles sur le marché (Chris 2003).

Du point de vue de l’énergie d’exploitation, le caractère expérimental du projet a contribué à faire de celui-ci un exemple en matière de durabilité mais a aussi causé divers problèmes. Citons l’exemple du proto-type de centrale à biomasse qui n’a pas marché comme prévu. Comme c’est généralement le cas dans les bâtiments à haute performance passive, la consommation énergétique est faible et l’inertie thermique est bonne. Ainsi, l’idéal est de concevoir un système de production de la chaleur modulaire, qui n’utilisera qu’une partie de sa puissance pour maintenir la température voulue tout en garantissent la performance. Par exemple, il est mieux d’installer quatre petites chaudières en parallèle plutôt qu’une seule chaudière qui tourne à 25% de sa puissance nominale. Même si les coûts initiaux augmentent, ceci pourra aider à éviter la panne complète du système de production d’énergie. Par rapport au système de cogénération proposé, la connexion en réseau à un système de co- ou tri-génération externe au quartier serait peut-être envisageable. Ainsi, l’efficacité serait garantie par une entreprise externe, tout en évitant les contraintes de pollution sonore au sein d’un quartier résidentiel. De plus, il est conseillé d’attendre une première éva-luation des systèmes passifs mis en œuvre avant de proposer un système actif expérimental onéreux qui risque d’être sous-utilisé.

Finalement, la présence d’un rapport de monitoring (Hodge and Haltrecht 2009) sur la consommation effective du quartier nous a permis de vérifier la justesse des calculs en phase de projet avec les données réelles d’exploitation. Ces dernières nous montrent que les prévisions de la couverture des besoins éner-gétiques étaient trop optimistes. Notons à ce titre que l’objectif d’éliminer les émissions de CO2 n’a pas été accompli, même pendant la phase de fonctionnement partiel (2001-2004) de la centrale à cogénération. Nous pouvons tout de même souligner la présence de ce rapport de monitoring, sans lequel il est impos-sible d’évaluer en détail nombre de quartiers durables et en tirer des apprentissages pour l’avenir.

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Références | References

ADEME, 2008. Guidebook of Sustainable Neigh-bourhoods in Europe.

BioRegional Development Group, 2009. BedZED seven years on.

BioRegional Development Group, 2012. BedZED: Toolkit Part I, A guide to construction materials for carbon neutral developments.

CERDD, 2005. Modes de vie urbains durables. BEDZED, une vitrine des possibles. Centre Res-souce du Developpement Durable Nord-Pas-de-Calais, Loos-en-Gohelle.

Chance, T., 2009. Towards sustainable residential communities; the Beddington Zero Energy Deve-lopment (BedZED) and beyond. Environment and Urbanization 21, 527–544.

Chris T., 2003. BedZED, The ARUP JOURNAL.

Emelianoff, C., 2007. Les quartiers durables en Eu-rope : un tournant urbanistique ? Urbia 4.

Hodge, J., Haltrecht, J., 2009. BedZED Monitoring Report 2007. BoRegional Development Group.

Lafrance, H., 2010. BedZED: Objectif zéro énergie fossile.

Métamorphose, 2007. Retour d’éxperience quar-tier BedZED.

Schaff, R., 2008. Influence de l’autonomie énergé-tique sur la typologie de logement et la planifica-tion urbanistique. Projet d’écoquartier à la Bléche-rette, Lausanne (VD). Enoncé théorique de master. Ecole polytechnique fédérale de Lausanne, Lau-sanne.

SIA, 2004. Recommandation SIA 112/1 Construc-tion durable - Bâtiment. Compléments au modèle de prestations SIA 112.

Tanghao et al, 2011. Reuse of reclaimed materials in construction—from the Process Analysis of BedZED, Applied Mechanics and Materials Vols 99-100 (2011), Switzerland.

Vasseur, C., Geoffroy, P., Gingreau, C., Louçano, F., 2007. BedZED: Un quartier écologique au sud de Londres. Université de Technologie de Com-piègne, Compiègne.