Le volume bâti joue un rôle crucial dans l'optimisation des projets de construction modernes. Bien plus qu'un simple aspect esthétique, il influence directement la performance énergétique, le confort des occupants et les coûts de construction. Dans un contexte où l'efficacité énergétique et la durabilité sont au cœur des préoccupations, comprendre et maîtriser le concept de volume bâti devient indispensable pour les professionnels du bâtiment et les maîtres d'ouvrage.
Définition et calcul du volume bâti
Le volume bâti représente l'espace tridimensionnel occupé par une construction. Il englobe tous les espaces clos et couverts, du sol au plafond, y compris les murs extérieurs. Son calcul précis est essentiel pour de nombreuses raisons, notamment pour l'évaluation de la performance énergétique et le respect des réglementations urbanistiques.
Pour calculer le volume bâti, on multiplie généralement la surface au sol par la hauteur moyenne du bâtiment. Cependant, cette méthode simplifiée peut s'avérer insuffisante pour des structures complexes. Dans ces cas, il est nécessaire de diviser le bâtiment en volumes géométriques simples et de les additionner pour obtenir le volume total.
Il est important de noter que certains éléments, comme les balcons non fermés ou les débords de toiture, ne sont généralement pas inclus dans le calcul du volume bâti. En revanche, les combles aménageables et les sous-sols habitables sont pris en compte, ce qui peut avoir un impact significatif sur le résultat final.
Impact du volume bâti sur la performance énergétique
Le volume bâti est intrinsèquement lié à la performance énergétique d'un bâtiment. Plus le volume est important, plus la surface d'échange avec l'extérieur augmente, ce qui peut entraîner des déperditions thermiques accrues si l'enveloppe n'est pas correctement isolée.
Coefficient de forme et déperditions thermiques
Le coefficient de forme, défini comme le rapport entre la surface de l'enveloppe et le volume chauffé, est un indicateur clé de la compacité d'un bâtiment. Un coefficient de forme bas indique une meilleure compacité et, par conséquent, une réduction potentielle des déperditions thermiques. Par exemple, une maison cubique aura généralement un meilleur coefficient de forme qu'une maison de même volume mais de forme plus complexe.
Les déperditions thermiques sont directement proportionnelles à la surface de l'enveloppe. Ainsi, à volume égal, un bâtiment compact perdra moins de chaleur qu'un bâtiment aux formes plus éclatées. Cette réalité physique souligne l'importance d'une conception volumétrique réfléchie dès les premières phases du projet.
Optimisation de l'enveloppe thermique selon le volume
L'optimisation de l'enveloppe thermique doit être adaptée au volume bâti. Pour un grand volume, il peut être judicieux d'investir dans une isolation renforcée et des matériaux haute performance, car l'impact sur la consommation énergétique sera plus significatif. À l'inverse, pour un petit volume, l'équilibre entre coût d'investissement et économies d'énergie peut conduire à des choix différents.
Une approche intéressante consiste à concevoir des espaces tampons non chauffés, comme des vérandas ou des serres, qui peuvent contribuer à réduire les besoins en chauffage tout en augmentant la surface utile sans impacter négativement la performance énergétique du volume chauffé principal.
Influence sur le choix des systèmes de chauffage et ventilation
Le volume bâti influence directement le dimensionnement des systèmes de chauffage et de ventilation. Un grand volume nécessitera des équipements plus puissants, mais offrira également plus de possibilités pour l'intégration de systèmes innovants comme le puits canadien ou la récupération de chaleur sur air extrait.
Pour les bâtiments de faible volume, des solutions compactes comme les pompes à chaleur air-air peuvent être privilégiées. En revanche, pour des volumes importants, des systèmes centralisés avec distribution par plancher chauffant ou par vecteur air peuvent s'avérer plus efficaces et confortables.
L'adéquation entre le volume bâti et les systèmes techniques est cruciale pour atteindre l'efficacité énergétique optimale tout en garantissant le confort des occupants.
Réglementation et normes liées au volume bâti
Le volume bâti est soumis à diverses réglementations et normes qui évoluent régulièrement pour répondre aux enjeux environnementaux et urbanistiques actuels.
RT 2012 et volume habitable
La Réglementation Thermique 2012 (RT 2012) a introduit la notion de volume habitable dans le calcul de la performance énergétique. Le Cep (Consommation d'énergie primaire) est exprimé en kWhep/(m².an), où la surface de référence est la surface habitable. Cette approche a poussé les concepteurs à optimiser le rapport entre volume habitable et volume total, favorisant ainsi les espaces à vivre au détriment des espaces techniques.
RE 2020 et calcul du bbio
La Réglementation Environnementale 2020 (RE 2020) va plus loin en intégrant le calcul du Bbio (Besoin bioclimatique) qui prend en compte la conception même du bâtiment, y compris son volume et sa compacité. Cette nouvelle approche encourage une réflexion approfondie sur la forme du bâtiment dès les premières phases de conception.
Le Bbio évalue les besoins de chauffage, de refroidissement et d'éclairage en fonction de la conception bioclimatique du bâtiment. Un volume bien pensé, avec une orientation optimale et une compacité adaptée, peut significativement améliorer ce score et faciliter l'atteinte des objectifs de la RE 2020.
PLU et contraintes volumétriques
Les Plans Locaux d'Urbanisme (PLU) imposent souvent des contraintes volumétriques strictes. Ces règles peuvent concerner la hauteur maximale, l'emprise au sol, ou encore le volume global autorisé. Il est crucial de bien comprendre ces limitations dès le début du projet pour concevoir un volume bâti conforme tout en maximisant le potentiel constructible du terrain.
Certaines communes introduisent des coefficients de biotope ou des exigences de végétalisation qui peuvent influencer indirectement le volume bâti en imposant des espaces verts ou des toitures végétalisées. Ces contraintes peuvent être vues comme des opportunités pour intégrer des solutions innovantes, comme des toitures-terrasses habitables ou des jardins suspendus, qui contribuent à la qualité de vie tout en respectant les règles d'urbanisme.
Stratégies d'optimisation du volume bâti
L'optimisation du volume bâti requiert une approche holistique, prenant en compte à la fois les aspects énergétiques, fonctionnels et esthétiques du projet.
Conception bioclimatique et compacité
La conception bioclimatique vise à tirer le meilleur parti des conditions climatiques locales pour réduire les besoins énergétiques du bâtiment. Dans ce contexte, la compacité du volume joue un rôle crucial. Un volume compact présente moins de surface d'échange avec l'extérieur, ce qui réduit les déperditions thermiques en hiver et les apports solaires excessifs en été.
Cependant, la compacité ne doit pas se faire au détriment de l'éclairage naturel ou de la ventilation. L'utilisation judicieuse de puits de lumière, d'atriums ou de patios peut permettre de concilier compacité et qualité des espaces intérieurs.
Techniques de construction pour maximiser l'espace utile
Plusieurs techniques de construction permettent d'optimiser le volume utile sans nécessairement augmenter l'emprise au sol ou la hauteur du bâtiment :
- L'utilisation de structures légères et de grandes portées pour créer des espaces flexibles
- L'intégration de mezzanines pour exploiter la hauteur sous plafond
- La conception de mobilier multifonctionnel et de rangements intégrés
- L'emploi de cloisons mobiles pour adapter l'espace aux besoins
Ces approches permettent de maximiser l'utilisation du volume bâti tout en offrant une grande adaptabilité aux usages futurs.
Intégration des espaces tampons et volumes non chauffés
Les espaces tampons, comme les serres bioclimatiques ou les doubles façades, jouent un rôle crucial dans l'optimisation énergétique du volume bâti. Ces zones intermédiaires entre l'intérieur et l'extérieur permettent de réguler les échanges thermiques et d'améliorer le confort sans augmenter significativement les besoins en chauffage ou en climatisation.
L'intégration de volumes non chauffés, tels que des garages ou des locaux techniques, peut également contribuer à l'optimisation globale du projet. Placés stratégiquement, ces espaces peuvent servir de barrière thermique supplémentaire pour les zones habitables, tout en remplissant leurs fonctions propres.
L'art de l'optimisation volumétrique réside dans la capacité à créer des espaces fonctionnels et confortables tout en minimisant l'impact énergétique global du bâtiment.
Outils et logiciels de simulation volumétrique
L'optimisation du volume bâti bénéficie aujourd'hui d'outils numériques puissants qui permettent de simuler et d'analyser différentes configurations avant même le début de la construction.
BIM et modélisation 3D pour l'analyse du volume
Le Building Information Modeling (BIM) révolutionne la conception architecturale en permettant une modélisation 3D précise du bâtiment. Cette approche offre une visualisation claire du volume bâti et de son interaction avec l'environnement. Les logiciels BIM, tels que Revit ou ArchiCAD, permettent de générer automatiquement des calculs de surface et de volume, facilitant ainsi l'optimisation du projet.
La modélisation 3D permet également d'étudier l'impact des choix volumétriques sur l'ensoleillement, la ventilation naturelle et les ombres portées. Ces analyses sont cruciales pour une conception bioclimatique efficace et peuvent influencer significativement la forme finale du bâtiment.
Logiciels de calcul thermique dynamique
Les logiciels de simulation thermique dynamique, comme Pleiades+Comfie ou DesignBuilder , permettent d'évaluer avec précision la performance énergétique d'un bâtiment en fonction de son volume et de sa conception. Ces outils prennent en compte les variations climatiques horaires et les scénarios d'occupation pour fournir une analyse détaillée des besoins énergétiques.
Grâce à ces simulations, il est possible de comparer différentes options volumétriques et d'identifier la solution optimale en termes de performance énergétique et de confort thermique. Ces logiciels sont particulièrement utiles pour justifier des choix de conception auprès des maîtres d'ouvrage ou des autorités réglementaires.
Outils d'optimisation paramétrique du volume bâti
L'optimisation paramétrique représente une avancée majeure dans la conception volumétrique. Des outils comme Grasshopper pour Rhino ou Dynamo pour Revit permettent de générer et d'évaluer automatiquement de multiples variations volumétriques en fonction de paramètres prédéfinis.
Ces outils peuvent intégrer des contraintes réglementaires, des objectifs de performance énergétique et des critères esthétiques pour proposer un éventail de solutions optimisées. L'architecte peut ainsi explorer rapidement diverses possibilités et affiner sa conception en temps réel.
| Type d'outil | Avantages | Limitations |
|---|---|---|
| BIM | Visualisation 3D, calculs automatiques | Courbe d'apprentissage importante |
| Simulation thermique | Analyse précise des performances | Nécessite des données détaillées |
| Optimisation paramétrique | Exploration rapide de multiples options | Complexité de paramétrage |
Études de cas et retours d'expérience
L'examen d'études de cas concrètes permet de mieux comprendre l'impact réel de l'optimisation du volume bâti sur la performance et la qualité des projets de construction.
Projet PassivHaus et optimisation volumétrique
Les projets PassivHaus illustrent parfaitement l'importance de l'optimisation volumétrique. Dans un projet récent de maison passive en Alsace, les architectes ont opté pour une forme compacte proche du cube, avec un coefficient de forme de 0,7. Cette approche a permis de réduire les besoins de chauffage à seulement 15 kWh/(m².an), soit environ 10% de la consommation d'une maison conventionnelle.
L'orientation du bâtiment a été soigneusement étudiée pour maximiser les apports solaires en hiver tout en limitant les surchauffes estivales. Des espaces tampons, comme un sas d'entrée et une véranda au sud, ont été intégrés pour améliorer la performance thermique globale sans compromettre le confort ou l'esthétique.
Rénovation énergétique et modification du volume existant
La rénovation d'un immeuble de bureaux des
années 1970 à Paris illustre les défis et les opportunités liés à la modification du volume existant. Le bâtiment, initialement conçu avec une enveloppe peu performante et des espaces cloisonnés, a été entièrement repensé pour répondre aux standards énergétiques actuels.La stratégie adoptée a consisté à créer une nouvelle peau thermique autour du bâtiment existant, augmentant légèrement le volume global mais améliorant considérablement la performance énergétique. Cette approche a permis de réduire la consommation énergétique de 75%, passant de 280 kWh/(m².an) à 70 kWh/(m².an).
Un aspect intéressant de ce projet a été la reconfiguration des espaces intérieurs. En optant pour des plateaux ouverts et flexibles, les architectes ont pu optimiser l'utilisation du volume tout en améliorant la qualité des espaces de travail. L'ajout d'un atrium central a non seulement apporté de la lumière naturelle au cœur du bâtiment, mais a également créé un espace tampon contribuant à la régulation thermique.
Bâtiments tertiaires : enjeux spécifiques du volume bâti
Les bâtiments tertiaires présentent des enjeux particuliers en termes de gestion du volume bâti. La nécessité de concilier efficacité énergétique, flexibilité des espaces et confort des occupants impose une réflexion approfondie sur la conception volumétrique.
Dans un projet récent de campus d'entreprise en région parisienne, les architectes ont opté pour une approche modulaire du volume bâti. En concevant des unités de base standardisées mais flexibles, ils ont pu créer un ensemble cohérent capable de s'adapter aux évolutions des besoins de l'entreprise. Cette approche a permis d'optimiser le ratio entre surface utile et volume global, tout en facilitant la gestion énergétique du site.
Un autre aspect crucial dans les bâtiments tertiaires est la gestion des hauteurs sous plafond. Une étude menée sur plusieurs immeubles de bureaux a montré qu'une hauteur sous plafond de 2,70 m au lieu des traditionnels 2,50 m permettait d'améliorer significativement la qualité de l'air et le confort thermique, sans impact négatif sur la performance énergétique globale. Cette augmentation de volume, bien que modeste, s'est traduite par une amélioration mesurable de la productivité des employés.
L'optimisation du volume bâti dans les projets tertiaires ne se limite pas à la performance énergétique, mais doit également prendre en compte le bien-être des occupants et la flexibilité à long terme des espaces.
En conclusion, ces études de cas démontrent que l'optimisation du volume bâti est un levier puissant pour améliorer la performance énergétique et la qualité d'usage des bâtiments. Qu'il s'agisse de constructions neuves ou de rénovations, une approche réfléchie de la volumétrie permet de concilier efficacité, confort et flexibilité. Les professionnels du bâtiment doivent donc intégrer cette dimension dès les premières phases de conception pour maximiser le potentiel de leurs projets.