Groupe scolaire neuf au gaz naturel - Guignes (77)

Lorsqu’elle programme la construction d’un écoquartier de quelque 250 logements, la mairie de Guignes (Seine-et- Marne) assortit son projet de la création d’équipements scolaires et de loisirs. Sur les 14 hectares que représente la ZAC de la Pièce du Jeu, 1 hectare est réservé dans le plan local d’urbanisme à la construction du groupe scolaire destiné à accueillir 560 enfants. Celui-ci est composé d’une école maternelle, d’une école primaire,
d’un restaurant scolaire et de deux centres de loisirs.

Si la conception d’un édifice compact à plusieurs niveaux a d’abord été envisagée, ce qui aurait favorisé son niveau de performance énergétique, une telle configuration a rapidement été écartée, car peu adaptée au jeune public accueilli. « Il fallait obligatoirement que l’école maternelle, les réfectoires et tous les espaces consacrés aux activités extérieures dans le cadre des centres de loisirs soient de plain-pied. Cela nécessitait un étalement de l’édifice, souligne Laurent Lepy, l’architecte concepteur du projet. Les seuls locaux en R+1 sont ceux de l’école primaire, car l’âge des enfants leur permet de prendre les escaliers. »

Malgré une configuration « étalée », le groupe scolaire André-Siméon s’inscrit dans la parcelle « au mètre carré près ! », plaisante Laurent Lepy. Pour atteindre les conditions imposées par la RT 2012 (et même les dépasser, comme nous le verrons plus loin), l’équipe de conception a « compensé » cet étalement par le choix d’une structure béton. Ce mode constructif éprouvé et maîtrisé offre au bâtiment des propriétés intéressantes, en matière d’inertie thermique.

Pour limiter les déperditions de chaleur en hiver et conserver sa fraîcheur en été, l’ensemble de l’édifice bénéficie d’une isolation thermique par l’extérieur (à raison de 100 mm de mousse de polyuréthane pour les parois à parements en pierre et de 120 mm de laine de roche pour les parois à bardage en zinc). « La consommation prévisionnelle conventionnelle de l’établissement est de 15,7 kWhep/m².an pour le chauffage », indique Kévin Giersch, chef de service CVC du bureau d’études Betem. Le groupe scolaire a été inauguré le 25 octobre 2017. Une première année d’exploitation permettra de vérifier si, à l’usage, l’établissement est en phase avec ce ratio
conventionnel de consommation.

La phase de conception a bénéficié d’une bonne coordination entre l’architecte du projet et le bureau d’études, comme le relate Laurent Lepy : « La plupart des choix techniques du projet ont été arrêtés avant même la première esquisse. Nous avons travaillé de concert avec le bureau d’études Betem afin de prendre, dès le départ, les meilleures décisions possibles. » Un soin particulier a pu ainsi être apporté à la gestion des apports solaires. Les façades les plus exposées au rayonnement solaire sont surmontées par des auvents de façon à les faire bénéficier des apports thermiques gratuits l’hiver, tout en les minimisant l’été. De même, l’équipe de conception s’est attachée à tirer le meilleur parti des apports lumineux : « Des études ont porté sur le calcul d’accès optimal à la lumière naturelle, afin de favoriser les consommations d’éclairage », complète Kévin Giersch. La consommation prévisionnelle conventionnelle de l’établissement est de 13 kWhep/m².an pour l’éclairage. En y ajoutant les consommations prévisionnelles des auxiliaires (5,8 kWhep/m².an), celles du chauffage et de l’ECS, l’établissement atteint un ratio de 35,8 kWhep/m².an, bien en-deçà du seuil imposé par la RT 2012.

Pour satisfaire les besoins de chauffage, l’équipe de conception a choisi la mise en cascade de 3 chaudières murales à condensation de 114  kW chacune. « Si une chaudière tombait en panne, nous aurions toujours 66 % de la puissance nominale à disposition. Désormais, nous évitons de surdimensionner les installations de chauffage », souligne Kévin Giersch. Cette cascade de trois chaudières respecte le critère de sécurité dit « des 2/3 », à savoir que les deux tiers des besoins doivent être couverts en cas de panne d’un des générateurs. Elle diminue également le seuil de modulation global de l’installation. L’installation est ainsi dimensionnée au plus juste, avec un seuil de modulation optimisé.

Dans un établissement scolaire, la production de chauffage en hiver doit répondre à un certain nombre de critères :

• éviter les surchauffes dues aux apports internes en période d’occupation
• adopter un mode d’émission privilégiant le confort, notamment pour des enfants en bas âge (de 3 ans pour l’école maternelle à 10-11 ans pour les élèves du primaire).

Autant de critères qui ont plaidé pour une émission de chaleur par planchers chauffants minces à basse inertie. Offrant une chaleur douce et uniforme, ces planchers chauffants conviennent à des locaux accueillant des jeunes enfants dont,certains marchent encore à quatre pattes !

L’ensemble du système de chauffage fait l’objet d’une régulation s’appuyant sur plusieurs sondes de température. Une sonde extérieure, située sur la façade nord de l’établissement, régule le régime de fonctionnement des chaudières. Des sondes d’ambiance placées dans chacun des espaces (classes, réfectoires, etc.) asservissent les débits des planchers chauffants. Toutes les sondes sont supervisées par une gestion technique centralisée (GTC) qui optimise la production de chauffage en fonction des températures de consigne.

« Sur la GTC, les services techniques peuvent définir au pas de temps horaire les différentes consignes de température (« confort », « éco ») pour chaque pièce, et les servomoteurs des planchers chauffants régulent leur débit en fonction, développe Kévin Giersch. La GTC interprète la température ambiante des pièces et commande la fermeture des vannes deux voies des collecteurs de planchers chauffants. L’augmentation de pression résultante va être perçue par les pompes à débit variable de la chaufferie, qui vont réduire leur vitesse, économisant ainsi des consommations électriques. »

Si le gaz assure la base du mix énergétique de l’établissement scolaire, l’énergie solaire est également mise à contribution. En effet, 15 m² de capteurs solaires ont été installés en toiture, afin de produire une partie des besoins en eau chaude sanitaire ; un réservoir de 1000 litres leur est associé. Lorsque l’ensoleillement le permet, le système solaire assure un préchauffage de l’ECS, essentiellement destiné aux cuisines de l’espace restauration (les blocs sanitaires des écoles primaire et maternelle sont en effet équipés de cumulus électriques).

L’appoint d’énergie est fourni par le système gaz si nécessaire, via un échangeur thermique.Un ballon tampon supplémentaire de 1000 litres (abondé en eau chaude par les chaudières) est également prévu en cas de fort puisage d’ECS. Le système solaire a été pensé pour éviter les surchauffes estivales. « L’installation a été dimensionnée pour répondre aux fortes variations d’occupation selon les périodes scolaires, précise Kévin Giersch, avec un système de recirculation nocturne dans les capteurs et une inclinaison des panneaux à 50 °, afin de minimiser les apports estivaux. » Car si les écoles sont fermées durant l’été, l’établissement reste ouvert pour accueillir les centres de loisirs. Les besoins en ECS restent donc élevés durant cette période qui coïncide avec un fort taux d’ensoleillement. Sur l’ensemble de l’année, le taux de couverture du système solaire est évalué à 30 % des besoins totaux d’ECS.

Depuis quelques années, l’accent est mis sur la qualité de l’air intérieur au sein des établissements recevant du public, particulièrement lorsqu’il s’agit d’enfants. Le groupe scolaire André-Siméon s’inscrit pleinement dans cette tendance et bénéficie d’un système permettant de garantir de bonnes conditions hygiéniques de l’air intérieur sans surconsommations inutiles. Dans le détail, 5 centrales de traitement d’air (CTA) double flux sont réparties sur le site : une pour l’école élémentaire, trois pour l’école maternelle et une pour le restaurant scolaire. Les débits nominaux de ces CTA sont compris entre 3 600 m³/h et 7 000 m³/h selon les modèles. Toutes sont à échangeurs à roues pour récupérer l’énergie des flux d’air extrait.

Le fonctionnement en temps réel des CTA est lui aussi reporté sur la GTC. Leur régime de fonctionnement est modulé selon le taux d’occupation des différents locaux, grâce à des sondes à CO₂ ou à des capteurs de présence. En été, si nécessaire, les CTA offrent également la possibilité de rafraîchir les locaux à moindre coût en assurant une surventilation nocturne, lorsque la température extérieure est inférieure à la température intérieure.

Si, toutes les ambitions environnementales du projet n’ont pu être concrétisées, la végétalisation d’une partie des terrasses en constitue l’un des aspects visibles - avec le recours à l’énergie solaire – et cerise sur le gâteau - tout en contribuant au confort d’été en offrant un surcroît d’inertie thermique aux bâtiments, la présence de ces végétaux (essentiellement des plantes grasses) assure une rétention des eaux pluviales, utile pour ralentir l’engorgement des égouts en cas de pluviométrie élevée.