Les innovations qui façonneront les bâtiments de demain

« Les bâtiments du futur ne seront plus seulement isolés. Ils seront capables de s’adapter, d’apprendre et de réagir à leur environnement. »

Introduction

Depuis plusieurs décennies, les progrès réalisés dans le domaine du bâtiment concernent principalement :

• l’isolation ;
• les vitrages ;
• les systèmes de chauffage ;
• les pompes à chaleur.

Ces évolutions ont permis de réduire considérablement les consommations énergétiques.

Cependant, un nouveau changement de paradigme est en cours.

Le bâtiment de demain ne sera plus un objet passif.

Il deviendra progressivement un système intelligent, capable :

• d’anticiper les conditions météorologiques ;
• d’adapter automatiquement son comportement ;
• d’optimiser sa consommation énergétique ;
• d’améliorer en permanence le confort de ses occupants.

Cette évolution repose sur la convergence de plusieurs disciplines :

• physique du bâtiment ;
• intelligence artificielle ;
• nouveaux matériaux ;
• électronique ;
•  

Les vingt prochaines années devraient transformer profondément notre manière de construire.

11.1 Les vitrages intelligents

Les vitrages représentent aujourd’hui l’un des domaines de recherche les plus actifs.

L’objectif est simple :

laisser entrer le soleil lorsqu’il est bénéfique et le bloquer lorsqu’il devient gênant.

Plusieurs technologies sont déjà disponibles.

Les vitrages électrochromes

Ces vitrages modifient automatiquement leur transparence lorsqu’un courant électrique est appliqué.

Ils deviennent progressivement plus foncés.

Le rayonnement solaire diminue.

Les besoins de climatisation sont réduits.

Lorsque le soleil disparaît, le vitrage redevient transparent.

Les vitrages thermochromes

Contrairement aux vitrages électrochromes, ils ne nécessitent aucune alimentation électrique.

Le matériau réagit directement à la température.

Lorsque celle-ci augmente, la transmission solaire diminue automatiquement.

Cette technologie reste en cours de développement.

Les vitrages photochromes

Ils fonctionnent selon un principe comparable à celui des lunettes de soleil.

Le rayonnement lumineux modifie progressivement leur transparence.

Ils présentent un intérêt particulier pour certains bâtiments tertiaires.

Tableau 11.1 – Comparaison des vitrages intelligents

11.2 Les façades adaptatives

Les façades fixes pourraient progressivement laisser place à des enveloppes capables de modifier leur comportement.

Ces façades adaptatives ajustent automatiquement :

• leur ventilation ;
• leur ombrage ;
• leur isolation ;
• parfois même leur géométrie.

Le bâtiment devient ainsi capable de réagir aux conditions météorologiques.

Les brise-soleil intelligents

Les brise-soleil orientables existent déjà.

Les prochaines générations intégreront :

• des capteurs météorologiques ;
• des algorithmes d’apprentissage ;
• des systèmes prédictifs.

Ils pourront anticiper l’arrivée d’un épisode de chaleur plusieurs heures à l’avance.

11.3 Les matériaux à changement de phase nouvelle génération

Nous avons déjà évoqué les matériaux à changement de phase (PCM).

La recherche progresse rapidement.

Les nouveaux matériaux présentent :

• une capacité de stockage plus importante ;
• une meilleure stabilité ;
• une durée de vie plus longue.

Ils pourraient être intégrés :

• dans les murs ;
• dans les plafonds ;
• dans les cloisons ;
• dans les façades préfabriquées.

Le bâtiment stockerait ainsi naturellement davantage de chaleur.

11.4 Le refroidissement radiatif

Le refroidissement radiatif figure parmi les innovations les plus prometteuses.

Certains nouveaux matériaux sont capables de :

• réfléchir presque totalement le rayonnement solaire ;
• émettre efficacement leur chaleur vers le ciel.

Ils restent donc naturellement plus frais que leur environnement.

Des essais montrent déjà des températures de surface nettement inférieures à celles obtenues avec les revêtements traditionnels.

Cette technologie pourrait révolutionner :

• les toitures ;
• les façades ;
• les équipements industriels.

11.5 L’intelligence artificielle

L’intelligence artificielle modifie progressivement la gestion énergétique des bâtiments.

Les systèmes actuels apprennent déjà :

• les habitudes des occupants ;
• les horaires ;
• les conditions météorologiques.

Ils peuvent anticiper les besoins.

Par exemple :

Une pompe à chaleur peut commencer à rafraîchir un bâtiment avant même que la température ne devienne inconfortable.

Cette anticipation améliore :

• le confort ;
• le rendement ;
• la consommation énergétique.

Les algorithmes prédictifs

Les logiciels modernes utilisent :

• les prévisions météorologiques ;
• les historiques de consommation ;
• les caractéristiques du bâtiment.

Ils calculent automatiquement la stratégie optimale.

Cette approche dépasse largement les simples thermostats programmables.

11.6 Les jumeaux numériques

Le concept de jumeau numérique connaît actuellement un développement spectaculaire.

Il consiste à créer une réplique virtuelle complète d’un bâtiment.

Cette copie numérique reçoit en permanence les informations provenant :

• des capteurs ;
• des compteurs ;
• des équipements techniques.

Le bâtiment réel et son modèle numérique évoluent simultanément.

Les ingénieurs peuvent ainsi :

• détecter des anomalies ;
• optimiser les réglages ;
• prévoir les besoins de maintenance.

Le jumeau numérique devient progressivement un véritable outil de gestion.

Tableau 11.2 – Les innovations émergentes

Étude de cas

Un nouveau siège administratif est conçu selon les principes du bâtiment intelligent.

Le projet comprend :

• des stores pilotés automatiquement ;
• une pompe à chaleur géothermique ;
• une centrale de traitement d’air ;
• plusieurs centaines de capteurs ;
• un jumeau numérique.

Chaque nuit, le système analyse :

• les prévisions météorologiques ;
• les températures des murs ;
• l’occupation prévue.

Il adapte automatiquement :

• les protections solaires ;
• la ventilation nocturne ;
• le géocooling.

Les consommations énergétiques diminuent significativement tout en améliorant le confort des occupants.

Encadré – Une révolution silencieuse

Les innovations les plus importantes ne sont pas toujours les plus visibles.

Un bâtiment intelligent ne se reconnaît pas nécessairement à son architecture.

Sa véritable innovation réside souvent dans sa capacité à prendre les bonnes décisions automatiquement.

Cette intelligence permet d’obtenir un meilleur confort avec moins d’énergie.

L’œil du certificateur PEB

La technologie progresse rapidement.

Cependant, les lois fondamentales de la physique restent inchangées.

Même les bâtiments les plus intelligents continueront à appliquer les principes étudiés depuis le début de cet ouvrage :

• limiter les apports de chaleur ;
• favoriser les échanges naturels ;
• exploiter l’inertie thermique ;
• optimiser les consommations.

L’innovation ne remplace pas la physique.

Elle permet simplement de l’utiliser de manière encore plus efficace.

Transition

Nous approchons de la fin de cet ouvrage.

Avant de conclure, il reste un dernier chapitre essentiel.

Nous y rassemblerons l’ensemble des connaissances acquises sous la forme d’une méthodologie complète de conception d’un bâtiment résistant aux fortes chaleurs.

Cette synthèse constituera une véritable feuille de route permettant aux architectes, ingénieurs, auditeurs PEB et maîtres d’ouvrage de concevoir des bâtiments performants, confortables et résilients face au climat des prochaines décennies.