Des balcons comme alternative à l’ITE

Initié en 2013, le projet dit des “Balcons de l’Insa” s’inscrit dans une réflexion alternative et innovante de mise aux normes thermiques des façades Sud des bâtiments de l’Insa de Strasbourg…

Datant de 1955, l’enveloppe actuelle des bâtiments de l’Insa (Institut national des sciences appliquées) de Strasbourg ne permettait plus de satisfaire au confort thermique des usagers, mais présente néanmoins un fort intérêt patrimonial. Les baies basculantes constituées de deux éléments vitrés séparés par un store permettent, elles, de générer un effet de serre en façade Sud, intéressant en hiver, mais excessif en été, les rendant obsolètes. Cependant, ces baies restent parties prenantes de l’architecture du bâtiment. En impactant a minima la façade, le projet propose de préserver au maximum le patrimoine, tout en favorisant l’énergie solaire à l’isolation.

Trois phases de séminaires pluridisciplinaires faisant collaborer les départements “architecture”, “génie climatique énergétique” et “génie civil” de l’école ont permis d’évaluer l’impact architectural, thermique et structurel sur le bâtiment. A l’issu de ces études et réflexions, deux prototypes ont été retenus pour être approfondis au sein de l’agence d’architecture Urbane Kultur : une “double peau” et une “greffe habitable”.

Inaugurée le 21 octobre 2016, la “greffe” est aujourd’hui le premier prototype construit et va permettre de lancer un premier cycle de mesures, afin de vérifier la viabilité du projet et la cohérence avec les prévisions théoriques.

Comment se présente le balcon ?

En porte-à-faux de 5,30 m sur la façade, le balcon de 3,80 m x 4,30 m de hauteur vient se positionner sur deux trames de fenêtres, correspondant à une pièce du bâtiment. Entièrement vitré en parties latérales et en plafond, il est constitué de deux espaces aux caractéristiques thermiques différentes : une zone close et couverte, et une zone couverte, vitrée toute hauteur, mais ouverte sur une face. Cette distribution des espaces permet aux utilisateurs des usages variés, les autorisant à profiter d’une véritable extension du bureau attenant et aussi de jouir d’un espace extérieur à 8,50 m du sol.

La structure en acier du balcon vient se fixer par scellement chimique dans la façade existante. Deux tirants rigides, traversant le linteau des baies existantes, viennent compléter le système, tout en assurant le contreventement de l’ensemble. Un plancher collaborant, finition béton, prend place sur l’intégralité du balcon (intérieur-extérieur sans fractionnement). Il permet d’obtenir une plus grande inertie. De quoi récupérer de la chaleur au niveau du sol.

Quid des vitrages ?

Une ossature aluminium fixée sur la structure vient porter l’ensemble des vitrages, qui possèdent des caractéristiques différenciées pour s’adapter aux différentes zones thermiques du balcon. Pour l’espace fermé, un double vitrage feuilleté 66,2/12/6 a été choisi, afin de permettre un échauffement aisé de l’air intérieur, sans pour autant avoir une trop grande déperdition de la chaleur récupérée à travers les parois vitrées. La partie ouverte est, elle, en simple vitrage feuilleté 66,2 car ne nécessitant pas de récupérer et d’accumuler de l’air chaud. Les pans de vitrage viennent en avancée de la double porte vitrée de séparation entre les deux espaces et lui assurent donc une protection vis-à-vis des rayons solaires directs.

Chaque pan de vitrage, horizontal comme vertical, intérieur et extérieur, est doublé d’un store automatisé indépendant, permettant de venir l’occulter en totalité ou en partie, afin de réguler l’apport solaire en fonction du temps et des saisons et limiter ainsi l’échauffement. La greffe est ainsi en capacité d’adapter son fonctionnement au cours de l’année pour réguler au mieux sa température interne, ainsi que celle du bureau attenant : ce dernier n’étant plus soumis au rayonnement solaire direct, sa température peut être mieux contrôlée grâce au balcon, ce qui permettrait des économies d’énergie de l’ordre de 20 % selon les estimations théoriques.

Fonctionnement du balcon

En été, la fermeture complète de l’ensemble des stores en journée, associée à un soleil haut, permet d’éviter la surchauffe par rayonnement solaire direct. Une ventilation nocturne laisse la chaleur accumulée dans la dalle s’évacuer et rafraîchit l’air intérieur. Une ventilation diurne est aussi envisageable pour brasser l’air accumulé dans le balcon. La température de celui-ci peut être trop élevée pour l’utiliser comme extension du bureau, mais agréable pour une pause déjeuner à l’ombre, par exemple. Quant au bureau, il est préservé du soleil et présente un plus grand confort thermique pour ses usagers avec une utilisation réduite de la climatisation. Le bureau situé en dessous bénéficie de l’ombre du balcon, qui préserve ses fenêtres du rayonnement solaire direct, évitant sa surchauffe.

Au printemps et en automne, la fermeture et l’ouverture des stores, automatisées et reliées à des sondes, s’adaptent au rayonnement solaire et à la température à l’intérieur de la greffe. Les jours ensoleillés, l’air du bureau est réchauffé par le soleil qui se substitue au chauffage. Les usagers peuvent utiliser le balcon et le bureau comme deux entités connectées et ouvertes l’une sur l’autre, offrant un large espace de travail très lumineux.

Résultats à l’été 2018

En hiver, le soleil est plus bas, mais l’ouverture complète des stores permet de maximiser la surface de vitrage exposée, qui autorise l’accumulation de la chaleur à l’intérieur du balcon. Ce dernier devient alors un tampon thermique entre l’extérieur et le bureau, permettant un usage moindre du chauffage pour un confort amélioré. Les jours de fort ensoleillement, la chaleur emmagasinée peut même devenir une source de chauffage pour le bureau.

L’appareillage et l’automatisation du balcon et de plusieurs bureaux sont en cours, afin de mesurer leur impact réel sur le confort thermique des occupants du bâtiment : des sondes photométriques et thermiques devraient notamment permettre d’optimiser le degré d’occultation des vitrages par les stores. Les premiers résultats de ces mesures ne devraient être connus qu’à l’été 2018, lorsqu’un cycle complet se sera déroulé…

Si le modèle prouve son efficacité, il pourrait être envisagé de venir le décliner à divers endroits sur la façade. Avant cela, le prototype de double peau pourrait arriver, lui aussi, en phase de construction et permettrait d’évaluer l’impact d’un traitement complet de la façade par la combinaison de ces deux modules répétés.

Enfin, si le projet complet finit par aboutir, il pourrait constituer une alternative intéressante à l’isolation par l’extérieur et servir d’exemple pour des rénovations sur d’autres bâtiments.

Marine Marvillet

Architecte diplômée Insa 2015, en charge du projet des “balcons de l’Insa” au sein de l’agence Urbane Kultur.

Publié dans le Bâti & Isolation n°30 du 01-2017
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