Chaudières à condensation et préparateur ECS pour le nouveau stade d’athlétisme Robert Poirier de Rennes (35)

Implanté en plein cœur du campus universitaire de Villejean, à Rennes, le stade couvert Robert Poirier, est la première infrastructure couverte exclusivement réservée à la pratique de l’athlétisme indoor, en Bretagne. D’une surface de 7 226 m², le stade est composé de différents espaces répartis sur trois niveaux :

• L’entrée du stade, premier espace d’accueil, dessert les différents espaces sportifs, ainsi  que l’accès aux gradins.
• La halle, espace principal du stade, comprend un anneau de 200 mètres qui compte six couloirs avec virages relevés. Au centre de l’anneau, peuvent se pratiquer le sprint sur 60 m, le lancer de poids, le saut à la perche, le saut en hauteur, le saut en longueur et le triple saut. La halle est entourée de gradins répartis sur les différents niveaux, avec une capacité d’accueil de 1200 places.
• Les vestiaires, ayant un accès direct depuis l’extérieur, permettent d’accueillir les athlètes.
• Les chambres d’appel réunissent les athlètes avant leur entrée dans la halle.
• La salle de musculation permet la préparation physique des athlètes.
• D’autres espaces péri-sportifs, tels que les salles de réception ou de presse, ou encore un espace de recherche santé.

Le stade d’athlétisme de Rennes s’intègre dans le projet plus vaste de campus de l’excellence sportive de Bretagne, auquel le Département adhère. Ouvert le 1er septembre 2015, il accueille désormais  clubs et athlètes de haut niveau, des étudiants et scolaires, mais aussi des chercheurs en sport et santé de l’université. Il a également vocation à accueillir des compétitions départementales et régionales, ainsi que des meetings nationaux toute l’année. Le projet technique avait pour objectif principal d’offrir les meilleures conditions d’accueil à la fois pour les athlètes et les spectateurs. L’utilisation du stade d’athlétisme est normalement prévue pour s’étendre de septembre à juin compris, l’athlétisme se pratiquant à l’extérieur en été.

Les stades constituent des bâtiments à part entière aux yeux de la réglementation. En effet, la température normale d'utilisation de la halle étant inférieure ou égale à 12 °C, le maitre d’ouvrage n’était pas soumis à la RT 2005 pour la halle. Cependant, le conseil général a souhaité s’insérer dans une démarche volontaire de développement durable pour l’ensemble du bâtiment, en réduisant les consommations et en produisant de l’énergie renouvelable.

La construction d’un stade d’athlétisme constituant un projet exceptionnel, le conseil général d’Ille-et-Vilaine s’est entouré d’une équipe d’architectes et de bureaux d’études pour la conception et la réalisation du stade. Du fait des volumes importants à chauffer et des besoins en ECS, une solution énergétique au gaz naturel a été retenue par souci d’économie et de performance énergétique.

Il était nécessaire d’exploiter les apports lumineux et thermiques du soleil, afin de réduire au maximum les consommations en éclairage et en chauffage.

Dans cet objectif, le cabinet d’architectes a proposé une ceinture vitrée entourant la halle. La lumière extérieure transperce ainsi les murs extérieurs via des lanterneaux, en double vitrage pour plus d’isolation. Pour ne pas éblouir les athlètes,  une protection solaire avec des brise-soleil a été mise en place sur les lanterneaux implantés au Sud. L’isolation des murs a été renforcée par l’extérieur grâce à une épaisseur de laine de roche ou de laine de verre selon les zones. L’isolant est lui-même recouvert d’un bardage métallique extérieur. Les ponts thermiques ont également été traités pour limiter la conduction et les pertes de chaleur.

Le toit contribue également à la performance énergétique du bâtiment. Une alternance de surfaces opaques et de surfaces vitrées offrent un éclairage naturel performant. Le verre dépoli permet de diffuser la lumière sans faire de trace d’ombre ou de lumière sur le sol. Ainsi, l’éclairage artificiel de la halle n’est pas nécessaire aux horaires scolaires (9h-17h), sauf si la luminosité extérieure n’est pas suffisante. En outre, une épaisseur de laine de roche isole davantage les plafonds recouverts par un bac acier étanche.

Au-delà de la luminosité, le confort acoustique de cette enceinte fermée a été travaillé via la géométrie des matériaux composant la halle. La micro perforation des éléments en acier recouvrant le plafond limite la résonnance des lieux lors de compétitions.

Les besoins en confort thermique d’un stade d’athlétisme couvert sont spécifiques. En effet, la consigne de température est de 12°C en hiver pour la halle, de sorte à garantir aux athlètes un confort thermique. Une température trop élevée n’est pas souhaitable pour les athlètes qui s’échauffent via la pratique sportive. Toutefois, les spectateurs présents lors d’évènement sportifs nécessitent un chauffage plus conséquent. La solution de chauffage a donc dû prendre en compte ces contraintes de sorte à proposer la solution technique la plus adaptée.

Deux chaudières à condensation au gaz naturel couvrent l’ensemble des besoins en chauffage du stade. D’une puissance modulable de 33 à 180 kW chacune, les deux chaudières offrent un bon rendement énergétique (97 % sur PCI, pour une température de départ à 70°C et à puissance nominale). Grâce à leur fonctionnement couplée, les chaudières gaz à condensation bénéficient d’un facteur de charge faible et donc d’un rendement optimisé. De plus, le fait d’installer deux chaudières permet d’assurer une sécurité pour le chauffage et donc le confort des athlètes.

La chaleur est diffusée par des panneaux radiants basse température placés au niveau du plafond. Les panneaux permettent de chauffer sans souffler de l’air, ce qui accentue le confort des athlètes : absence de vent et de bruit. Le régime 50-60°C de l’eau circulant dans les serpentins des panneaux garantie une solution de chauffage économe en énergie. De plus, la zone des gradins et les pistes sont chauffées de manière indépendante, de sorte à chauffer en priorité les gradins du stade :

• En compétition, la zone des gradins est chauffée en priorité. La proximité des spectateurs avec les panneaux accentue le confort de ces derniers. La chaleur issue de la tribune chauffe également les athlètes, sans pour autant trop chauffer les pistes.
• Hors des compétitions, la zone des gradins n’est pas spécifiquement chauffée, seule une consigne de température de confort est maintenue dans la halle pour les athlètes.

Ainsi, les spectateurs bénéficient d’une température ambiante optimale, tout en assurant un minimum de chaleur aux athlètes sur la piste. Des capteurs de température situés à l’intérieur et l’extérieur, ainsi qu’une horloge, permettent de réguler la commande de chauffage dans les différentes zones.

Les besoins en ECS sont très disparates selon l’utilisation du stade d’athlétisme. Par exemple, en période de compétition, les douches sont utilisées à de multiples reprises, alors qu’une utilisation du stade par les établissements scolaires nécessite beaucoup moins d’ECS. De plus, les chaudières gaz à condensation étant arrêtées en été, la solution technique retenue devait donc pouvoir assumer seule une production de pointe en ECS.

Le BET s’est tourné vers un préparateur ECS gaz d’une puissance de 150 kW, et d’une capacité de 600 l. Durant les compétitions, son dimensionnement permet d’assurer 27 douches les dix premières minutes, puis 113 douches en 1h et 210 douches sur 2h. De type « tank in tank », le préparateur est composé de deux ballons placés l’un dans l’autre, traversés par les tuyaux d’évacuation des gaz. Le brûleur chauffe le liquide primaire contenu dans le ballon principal, lequel réchauffe ainsi indirectement le ballon secondaire contenant l’eau sanitaire. Grâce à ce système optimisant la chaleur des fumées de combustion, le rendement utile atteint 97,1 % sur PCI à 100  % de charge, pour un régime d’eau de 60/80 °C.

Le renouvellement de l’air est assuré par trois centrales de traitement de l’air double flux dimensionnées à 1 volume par heure :

• La halle aux sports
• Les bureaux et autres espaces de réception
• Les vestiaires

Grâce à un système d’échangeur à plaques, la chaleur de l’air sortant est récupérée pour chauffer l’air entrant. La batterie chaude de ces trois centrales est reliée aux chaudières gaz à condensation.

Afin de réduire davantage l’empreinte énergétique du bâtiment, le conseil général d’Ille-et-Vilaine a également décidé l’implantation de 190 m² de capteurs photovoltaïques. Installés sur le toit terrasse, les panneaux bénéficient d’une exposition solaire optimisée. L’électricité est ainsi vendue en intégralité afin de réduire les coûts d’exploitation du bâtiment.

Le bureau d’étude thermique avait estimé à 21 800 kWh la production annuelle électrique théorique, compte tenu des données météo de la ville de Rennes.

Concernant les premiers 12 mois d’exercice, la consommation en gaz s’élève à 138 000 kWh, contre 96 000 kWh pour l’électricité. Les écarts respectifs sont de + 4 % et - 25 %  par rapport aux consommations estimées.

Une économie importante a été obtenue grâce à l’éclairage naturel et à une gestion du niveau d’éclairement différentiée. De plus l’éclairage d’entrainement, correspondant à l’utilisation normale du bâtiment, est bien plus réduit  que l’éclairage normal de compétition.

Par ailleurs, la production électrique renouvelable réduit la consommation énergétique réelle de 24 700 kWh pour la période septembre 2015 à août 2016. Cette dernière a été 13 % plus importante que prévue, notamment grâce à des conditions d’ensoleillement favorables durant l’année.

Le coût d’investissement pour l’ensemble du nouveau stade s’élève à 13 000 k€ HT. Le lot chauffage ventilation plomberie a coûté 718 k€ HT. Alors même que le coût de ce lot soit négligeable devant le coût global du stade, il est intéressant de noter la faible facture énergétique. En une année, entre le mois de septembre 2015 et août 2016 compris, les factures de consommation s’élevaient à :

• 18 000 € pour l’électricité
• 9 200 € pour le gaz

Il est aussi nécessaire de réduire ces deux factures du montant correspondant à la vente d’électricité photovoltaïque issue des panneaux implantés sur le toit. Avec tarif de rachat à 0,1416 €/kWh (contrat signé en mai 2014), les recettes en électricité s’élèvent à 3 500 € par an.