Les bâtiments face au changement climatique : concevoir aujourd’hui les bâtiments de demain

« Pendant des siècles, les bâtiments ont été conçus pour résister au froid. Le défi majeur du XXIᵉ siècle sera désormais de résister également à la chaleur. »

Introduction

Le changement climatique constitue aujourd’hui l’un des principaux défis auxquels est confronté le secteur de la construction.

Pendant longtemps, la performance énergétique des bâtiments s’est principalement concentrée sur la réduction des besoins de chauffage.

Cette approche était parfaitement logique.

En Belgique, les consommations hivernales représentaient historiquement la majeure partie des besoins énergétiques.

Mais la situation évolue rapidement.

Les épisodes de canicule deviennent :

• plus fréquents ;
• plus longs ;
• plus intenses.

Les bâtiments doivent désormais répondre à une double exigence :

• limiter les consommations de chauffage en hiver ;
• garantir un excellent confort en été.

Cette évolution modifie profondément la manière de concevoir les bâtiments.

Les solutions qui étaient considérées comme secondaires il y a vingt ans deviennent aujourd’hui essentielles.

6.1 L’évolution du climat en Belgique

Les observations météorologiques réalisées depuis plus d’un siècle montrent une augmentation progressive de la température moyenne.

Cette évolution est particulièrement marquée depuis les années 1980.

Les records de chaleur se succèdent avec une fréquence croissante.

Les vagues de chaleur deviennent également plus longues.

Cette tendance est observée dans l’ensemble de l’Europe occidentale.

La Belgique n’y échappe pas.

Les principaux constats

Les climatologues observent notamment :

• une augmentation de la température moyenne annuelle ;
• une multiplication des journées très chaudes ;
• une augmentation des nuits tropicales ;
• une diminution du nombre de jours de gel.

Ces évolutions influencent directement le comportement thermique des bâtiments.

Les nuits tropicales

Une nuit tropicale est une nuit durant laquelle la température ne descend pas en dessous de 20 °C.

Ce phénomène était autrefois exceptionnel en Belgique.

Il devient progressivement plus fréquent.

Cette évolution est particulièrement problématique.

Comme nous l’avons vu au chapitre consacré à la ventilation nocturne, les bâtiments utilisent la fraîcheur de la nuit pour évacuer la chaleur accumulée pendant la journée.

Lorsque cette fraîcheur disparaît, les bâtiments se refroidissent beaucoup moins efficacement.

Les températures intérieures augmentent progressivement au fil des jours.

Tableau 6.1 – Tendances climatiques observées

Ces tendances influencent directement les stratégies de conception.

6.2 Pourquoi les bâtiments deviennent-ils plus sensibles ?

Le changement climatique n’est pas le seul facteur.

Les bâtiments eux-mêmes ont évolué.

Les constructions actuelles présentent :

• une excellente isolation ;
• une très bonne étanchéité à l’air ;
• des vitrages de grande dimension.

Ces caractéristiques réduisent fortement les besoins de chauffage.

Cependant, elles augmentent parfois les risques de surchauffe lorsqu’elles ne sont pas accompagnées de protections solaires adaptées.

Le défi consiste donc à trouver un nouvel équilibre.

Une évolution des priorités

Pendant des décennies, la principale question était :

Comment empêcher la chaleur de sortir ?

Aujourd’hui, une seconde question devient tout aussi importante :

Comment empêcher la chaleur d’entrer ?

Cette évolution transforme profondément les méthodes de conception.

6.3 Les scénarios climatiques futurs

Les scientifiques élaborent différents scénarios d’évolution du climat.

Ces scénarios dépendent notamment :

• des émissions mondiales de gaz à effet de serre ;
• des politiques climatiques ;
• des évolutions technologiques.

Même dans les scénarios les plus optimistes, une augmentation des températures est attendue au cours des prochaines décennies.

Les bâtiments construits aujourd’hui seront encore utilisés en 2050, voire en 2100.

Ils doivent donc être capables de résister aux conditions climatiques futures.

Horizon 2030

À cet horizon, les principaux changements concernent :

• des épisodes de chaleur plus fréquents ;
• une augmentation progressive des besoins de refroidissement ;
• une importance croissante des protections solaires.

Les bâtiments actuels commencent déjà à être confrontés à ces évolutions.

Horizon 2050

Les projections montrent une intensification des phénomènes observés aujourd’hui.

Les stratégies passives deviendront pratiquement indispensables dans toutes les nouvelles constructions.

Les réglementations évolueront probablement dans ce sens.

Horizon 2100

À très long terme, les bâtiments devront être capables de supporter des épisodes de chaleur beaucoup plus sévères qu’aujourd’hui.

La résilience climatique deviendra un critère aussi important que la performance énergétique.

6.4 Les îlots de chaleur urbains

Les villes connaissent des températures nettement supérieures à celles des zones rurales.

Ce phénomène est appelé îlot de chaleur urbain.

Il résulte principalement :

• de la minéralisation des sols ;
• de l’absence de végétation ;
• de l’accumulation de chaleur dans les bâtiments ;
• des rejets thermiques des véhicules et des systèmes de climatisation.

Les écarts atteignent parfois plusieurs degrés.

Cette différence augmente considérablement les besoins de refroidissement.

Les solutions

Les villes mettent progressivement en œuvre différentes stratégies :

• plantation d’arbres ;
• désimperméabilisation des sols ;
• toitures végétalisées ;
• matériaux réfléchissants ;
• création d’îlots de fraîcheur.

Ces aménagements bénéficient directement aux bâtiments.

Étude de cas

Deux quartiers résidentiels sont comparés.

Le premier est fortement minéralisé.

Le second possède :

• de nombreux arbres ;
• des jardins ;
• des toitures végétalisées.

Pendant une période de canicule, les mesures montrent des températures sensiblement plus faibles dans le second quartier.

Les bâtiments y consomment également moins d’énergie pour le refroidissement.

Cette comparaison illustre l’importance du contexte urbain dans le confort thermique.

Encadré – Erreur fréquente

Penser que le changement climatique concerne uniquement les générations futures.

En réalité, les évolutions observées aujourd’hui influencent déjà la manière de concevoir les bâtiments.

Les décisions prises lors d’un projet de construction ou de rénovation auront des conséquences pendant plusieurs décennies.

Intégrer dès maintenant les stratégies de résilience constitue donc un investissement durable.

L’œil du certificateur PEB

Les bâtiments les plus performants ne sont plus seulement ceux qui obtiennent un excellent certificat énergétique.

Ils sont également capables d’assurer un niveau élevé de confort pendant les épisodes de chaleur extrême.

Cette évolution modifie progressivement les critères d’évaluation utilisés par les concepteurs, les architectes et les certificateurs.

Le confort d’été devient désormais un indicateur majeur de la qualité d’un bâtiment.

Transition

Comprendre l’évolution du climat constitue une première étape.

La suivante consiste à adapter concrètement la conception des bâtiments.

Dans la prochaine section, nous étudierons les principes de la résilience climatique, c’est-à-dire les méthodes permettant de concevoir des bâtiments capables de rester confortables pendant plusieurs décennies malgré l’évolution attendue des conditions climatiques.

Nous verrons comment les architectes et les ingénieurs intègrent déjà ces nouvelles exigences dans les projets les plus performants d’Europe.

6.2 Les principes de la résilience climatique appliqués au bâtiment

Le mot résilience est aujourd’hui largement utilisé dans les domaines de l’architecture, de l’urbanisme et de l’ingénierie.

Il est parfois employé de manière imprécise.

Dans le domaine du bâtiment, la résilience climatique peut être définie comme :

La capacité d’un bâtiment à conserver un niveau acceptable de confort, de sécurité et de fonctionnement malgré l’évolution du climat et la multiplication des événements météorologiques extrêmes.

Autrement dit, un bâtiment résilient n’est pas uniquement performant aujourd’hui.

Il le reste également dans vingt, cinquante ou cent ans.

Cette notion dépasse largement la simple performance énergétique.

Elle intègre :

• le confort thermique ;
• la robustesse des matériaux ;
• la capacité d’adaptation ;
• la facilité d’évolution ;
• la consommation de ressources ;
• la santé des occupants.

La résilience constitue aujourd’hui l’une des notions centrales de la conception durable.

6.2.1 Concevoir pour le climat de demain

Pendant longtemps, les bâtiments étaient dimensionnés à partir des données climatiques historiques.

Cette approche devient progressivement insuffisante.

Les bâtiments construits aujourd’hui seront encore utilisés :

• en 2050 ;
• en 2080 ;
• parfois au-delà de 2100.

Ils devront donc fonctionner dans un climat différent de celui que nous connaissons actuellement.

Cette évolution conduit les concepteurs à intégrer des marges de sécurité beaucoup plus importantes.

Un changement de philosophie

Autrefois, la question principale était :

« Le bâtiment respecte-t-il la réglementation actuelle ? »

Aujourd’hui, une nouvelle interrogation apparaît :

« Le bâtiment sera-t-il encore confortable dans trente ou cinquante ans ? »

Cette évolution transforme profondément la manière de concevoir les projets.

6.2.2 Le principe de robustesse

Un bâtiment robuste conserve ses performances même lorsque les conditions deviennent défavorables.

Cette robustesse concerne notamment :

• les vagues de chaleur ;
• les coupures d’électricité ;
• les épisodes de sécheresse ;
• les pluies intenses ;
• les vents violents.

Dans le domaine du confort d’été, un bâtiment robuste doit rester habitable même en cas de panne complète de la climatisation.

Cette exigence devient progressivement une référence dans de nombreux projets publics.

La robustesse passive

Les stratégies passives étudiées dans les chapitres précédents jouent ici un rôle essentiel.

Un bâtiment disposant :

• d’une bonne inertie ;
• de protections solaires efficaces ;
• d’une ventilation naturelle performante,

reste confortable beaucoup plus longtemps qu’un bâtiment dépendant exclusivement de systèmes actifs.

Cette autonomie constitue l’un des principaux objectifs de la résilience climatique.

6.2.3 La capacité d’adaptation

Le climat continuera probablement à évoluer pendant plusieurs décennies.

Il est donc impossible de prévoir précisément les besoins futurs.

Les bâtiments doivent pouvoir évoluer facilement.

Par exemple :

• ajouter des protections solaires ;
• renforcer une végétalisation ;
• installer une pompe à chaleur ;
• intégrer des panneaux photovoltaïques ;
• modifier la stratégie de ventilation.

Cette flexibilité représente aujourd’hui une qualité majeure.

Prévoir les évolutions futures

Certains bâtiments sont conçus pour permettre des adaptations ultérieures.

Par exemple :

• réservations pour des réseaux techniques ;
• structures capables de supporter une toiture végétalisée ;
• espaces techniques évolutifs ;
• gaines supplémentaires.

Ces dispositions coûtent peu lors de la construction mais facilitent énormément les transformations futures.

Tableau 6.2 – Les caractéristiques d’un bâtiment résilient

6.2.4 Les matériaux face au changement climatique

Le choix des matériaux influence directement la résilience.

Ils doivent résister :

• aux températures élevées ;
• aux cycles de sécheresse ;
• aux fortes amplitudes thermiques ;
• aux épisodes de pluie intense.

Les matériaux doivent également conserver leurs performances pendant plusieurs décennies.

La durabilité devient donc un critère aussi important que la performance thermique.

L’importance de l’entretien

Même les meilleurs matériaux nécessitent un entretien adapté.

Les protections solaires mobiles doivent rester fonctionnelles.

Les systèmes de ventilation doivent être entretenus.

Les toitures végétalisées demandent un suivi.

La résilience dépend donc autant de la qualité de la maintenance que de la conception initiale.

6.2.5 Les réseaux énergétiques

Les épisodes de chaleur entraînent une forte augmentation des besoins électriques.

Les réseaux sont davantage sollicités.

Les bâtiments résilients cherchent donc à limiter leur dépendance.

Plusieurs solutions existent :

• photovoltaïque ;
• stockage électrique ;
• géocooling ;
• stratégies passives.

Cette diversification améliore la sécurité d’approvisionnement.

Étude de cas

Une nouvelle école est construite dans une commune wallonne.

Les concepteurs fixent un objectif particulier :

le bâtiment doit rester utilisable pendant au moins trois jours en cas de coupure générale d’électricité durant une canicule.

Pour atteindre cet objectif, ils mettent en œuvre :

• une forte inertie thermique ;
• des protections solaires extérieures ;
• une ventilation traversante naturelle ;
• une végétation abondante ;
• une toiture végétalisée ;
• une production photovoltaïque avec batteries pour les équipements essentiels.

Les simulations montrent que les températures restent compatibles avec une occupation normale malgré l’absence temporaire de climatisation.

Ce projet illustre parfaitement la notion de résilience.

Encadré – Erreur fréquente

Assimiler résilience et suréquipement.

Ajouter davantage d’équipements techniques n’améliore pas nécessairement la résilience.

Au contraire, chaque équipement supplémentaire peut devenir un point de défaillance.

Les bâtiments les plus résilients sont souvent ceux qui savent fonctionner correctement même lorsque plusieurs systèmes techniques sont arrêtés.

La simplicité reste souvent une force.

L’œil du certificateur PEB

Les critères d’évaluation des bâtiments évoluent rapidement.

La consommation énergétique demeure essentielle.

Cependant, la capacité à maintenir un niveau élevé de confort pendant les épisodes climatiques extrêmes devient un indicateur tout aussi important.

Cette évolution conduit progressivement les certificateurs, les auditeurs énergétiques et les bureaux d’études à intégrer davantage d’analyses dynamiques et de simulations de confort d’été dans leurs évaluations.

Le bâtiment de demain devra être à la fois performant, sobre, confortable et résilient.

Transition

La résilience climatique ne dépend pas uniquement du bâtiment lui-même.

Son environnement joue également un rôle majeur.

Dans la prochaine section, nous élargirons l’analyse à l’échelle du quartier et de la ville.

Nous étudierons comment l’urbanisme, la végétation, les matériaux de voirie, les espaces verts, les plans d’eau et l’organisation des espaces publics influencent directement la température des bâtiments.

Nous verrons que la lutte contre les surchauffes commence souvent bien avant les murs d’une habitation et qu’elle relève autant de l’urbanisme que de l’architecture.

6.3 Le rôle de l’urbanisme dans le confort thermique des bâtiments

Lorsqu’on parle de confort d’été, on pense spontanément au bâtiment lui-même :

• son isolation ;
• ses vitrages ;
• sa ventilation ;
• ses protections solaires.

Pourtant, deux bâtiments parfaitement identiques peuvent présenter des températures intérieures très différentes simplement parce qu’ils sont implantés dans des environnements urbains différents.

Le quartier, la rue, la végétation, les matériaux de voirie et même la largeur des espaces publics influencent directement le climat local.

Cette échelle d’analyse est souvent appelée le microclimat urbain.

Comprendre ce microclimat est indispensable pour concevoir les bâtiments de demain.

6.3.1 Le phénomène des îlots de chaleur urbains

L’îlot de chaleur urbain est aujourd’hui l’un des phénomènes les plus étudiés en climatologie urbaine.

Il se caractérise par une température significativement plus élevée dans les zones fortement urbanisées que dans les espaces ruraux environnants.

En Belgique, les écarts observés atteignent fréquemment :

• 2 à 4 °C en journée ;
• 5 à 8 °C pendant certaines nuits estivales ;
• ponctuellement davantage lors de canicules prolongées.

Ces différences peuvent paraître modestes.

Elles ont pourtant des conséquences considérables sur le confort thermique et les consommations énergétiques.

Pourquoi les villes chauffent-elles davantage ?

Plusieurs phénomènes se combinent.

Les matériaux minéraux

Le béton, l’asphalte, la brique ou les pierres foncées absorbent une grande quantité de rayonnement solaire.

Ils accumulent cette énergie pendant toute la journée.

La nuit, ils la restituent progressivement.

La ville reste chaude alors que les campagnes commencent déjà à se refroidir.

L’absence de végétation

Les arbres utilisent une partie importante de l’énergie solaire pour l’évapotranspiration.

Lorsqu’ils disparaissent, cette énergie est presque entièrement transformée en chaleur.

Les températures augmentent rapidement.

Les activités humaines

Les véhicules, les climatiseurs, les installations industrielles et les équipements électriques rejettent également de la chaleur.

Cette énergie contribue directement au réchauffement du microclimat urbain.

La géométrie des rues

Les rues étroites bordées d’immeubles élevés forment parfois de véritables « canyons urbains ».

Le rayonnement solaire est piégé entre les façades.

La chaleur s’évacue plus difficilement.

La ventilation naturelle est réduite.

Tableau 6.3 – Les principales causes des îlots de chaleur

6.3.2 Les matériaux de voirie

Le choix des matériaux utilisés dans les espaces publics influence directement la température de l’air.

Un revêtement sombre absorbe davantage le rayonnement solaire.

Sa température peut dépasser 60 °C lors d’une journée estivale.

À l’inverse, un matériau clair réfléchit une plus grande partie du rayonnement.

Il reste sensiblement plus frais.

Cette propriété est caractérisée par :

• l’albédo ;
• l’émissivité.

Ces notions deviennent de plus en plus importantes dans les projets d’aménagement urbain.

Les revêtements perméables

Les surfaces perméables offrent un avantage supplémentaire.

Elles permettent l’infiltration de l’eau.

Cette humidité favorise ensuite le refroidissement par évaporation.

Les températures de surface diminuent.

La qualité du microclimat s’améliore.

6.3.3 Les arbres en ville

Parmi toutes les solutions urbaines, la plantation d’arbres demeure probablement la plus efficace.

Un arbre adulte agit simultanément sur plusieurs mécanismes :

• il crée de l’ombre ;
• il rafraîchit l’air ;
• il réduit la température des sols ;
• il améliore le confort des piétons ;
• il favorise la biodiversité.

Les bénéfices dépassent largement le seul domaine thermique.

Les rues arborées

De nombreuses études montrent qu’une rue bordée d’arbres peut présenter une température ressentie nettement plus faible qu’une rue totalement minérale.

Les bâtiments riverains bénéficient directement de cette amélioration.

Les besoins de climatisation diminuent.

Le confort augmente.

6.3.4 Les plans d’eau

Les éléments aquatiques participent également au microclimat.

Les bassins, les rivières, les fontaines et les zones humides favorisent :

• l’évaporation ;
• le refroidissement local ;
• l’amélioration du confort des espaces publics.

Leur efficacité dépend naturellement :

• de leur dimension ;
• de leur exposition ;
• des conditions météorologiques.

6.3.5 Les corridors de ventilation

Certaines villes protègent volontairement des axes permettant à l’air frais de circuler.

Ces corridors de ventilation relient souvent :

• des espaces boisés ;
• des vallées ;
• des zones agricoles.

Ils facilitent le renouvellement de l’air pendant la nuit.

Cette stratégie est particulièrement développée dans plusieurs villes européennes.

Étude de cas

Deux lotissements construits la même année sont comparés.

Le premier comprend :

• de larges parkings asphaltés ;
• très peu d’arbres ;
• des voiries entièrement minérales.

Le second privilégie :

• des arbres d’alignement ;
• des revêtements perméables ;
• des noues paysagères ;
• une importante végétation.

Pendant une période de canicule, les mesures montrent :

• des températures de surface beaucoup plus faibles dans le second quartier ;
• un meilleur refroidissement nocturne ;
• une consommation de climatisation réduite dans les habitations.

Cette étude démontre que la qualité de l’urbanisme influence directement les performances énergétiques des bâtiments.

Tableau 6.4 – Les solutions d’aménagement urbain

Encadré – Erreur fréquente

Considérer uniquement le bâtiment.

Même une maison parfaitement conçue peut souffrir de surchauffes si elle est implantée dans un environnement fortement minéralisé.

À l’inverse, un quartier bien végétalisé améliore naturellement le confort de toutes les constructions.

Le confort thermique est donc autant une question d’urbanisme que d’architecture.

L’œil du certificateur PEB

Les audits énergétiques se concentrent traditionnellement sur le bâtiment.

Pourtant, l’environnement immédiat influence directement les consommations observées.

Un arbre mature situé devant une façade ouest peut parfois réduire davantage les besoins de refroidissement qu’une intervention technique beaucoup plus coûteuse.

Cette réalité conduit progressivement les concepteurs à intégrer l’échelle du quartier dans leurs réflexions.

L’avenir du bâtiment durable passera nécessairement par une collaboration plus étroite entre architectes, urbanistes, paysagistes et ingénieurs.

Transition

Après avoir étudié le bâtiment et son environnement urbain, nous allons franchir une nouvelle étape.

Le prochain chapitre sera consacré aux simulations thermiques dynamiques.

Nous verrons comment les logiciels modernes permettent de prédire avec précision le comportement d’un bâtiment heure par heure, d’évaluer les risques de surchauffe, de comparer plusieurs solutions techniques et d’optimiser un projet avant même le début des travaux.

Cette approche constitue aujourd’hui l’un des outils les plus puissants de la physique du bâtiment moderne et devient progressivement incontournable dans les projets à haute performance énergétique.