
Amiens Métropole - L'université - RPWB - AIA Ingénierie
Ancêtre du système de ventilation : la cité internationale de Lyon
Les façades de la Cité Internationale de Lyon sont les premières façades asservies à la température en France.Ayant pour soucis principal de concevoir une architecture qui favorise le confort thermique au sein du bâtiment, les architectes se sont tournés vers le système des Serres de la Porte d’Auteuil. Ce mécanisme ingénieux représente leur source d’inspiration à la conception des façades du projet de Lyon :
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Les grandes barres des serres sont équipées de moteurs au sol.
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Leurs façades sont souvent chauffées afin d’éviter la condensation.
Ce système à la fois simple et efficace, s’est vu cloné en donnant naissance aux façades « respirantes » du projet de la cité internationale. Un clonage pensé de manière à s’adapter aux limites de la réalité..

Explication du système
Selon l’usage (espaces techniques, escaliers, balcons…), un vide de différentes épaisseurs (90cm à 4,50m) isole le mur en briques et la façade vitrée, qui, elle, contient un nombre et un type d’ouvrants qui dépendent de la direction (nord, sud, est, ouest), en fonction des apports thermiques.
En hiver, ce système permet d’emprisonner l’air et d’avoir en conséquence un effet de serre qui conduit la chaleur à l’intérieur du bâtiment. Les risques de condensation de l’air sont pris en compte, en prévoyant des trous situés au niveau des profilés en aluminium et qui permettent à l’air de s’échapper (photo de gauche).


Étude technique
La façade a été étudiées par la CSTB, afin d’optimiser son fonctionnement. Ces études prennent en compte différents mode de transfert thermique, parmi lesquels on cite :
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« Les échanges de rayonnement en courtes et grandes langueur d’onde »
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« Les échanges par convection, liés à la ventilation de la lame d’air ».
Système de ventilation naturelle des bâtiments de cours de la Citadelle d'Amiens
Nous allons-nous intéresser ici au principe de régulation thermique développé pour les bâtiments de cours installés dans la caserne nord de la citadelle, à proximité immédiate des jardins de l’université, imaginés par Renzo Piano.
Cette partie du projet présente une surface vitrée importante ce qui implique un fort apport de chaleur solaire. De ce fait, la bonne gestion de la température est essentielle dans ces salles, car elles pourraient subir d’importantes surchauffes.
Le système reprend le principe des projets présentés précédemment ; il s’agit d’une ventilation naturelle asservie. Ceci signifie qu’à tout instant, le réglage de la ventilation s’adapte à la température à l’intérieur de la pièce.
L’objectif d’une telle installation est de limiter, autant que possible, le recours à une climatisation classique pour améliorer le ressenti à l’intérieur du bâtiment. Ainsi, les différents paramètres ambiants à l’intérieur de la pièce (température, taux d’humidité…) sont contrôlés par un courant d’air provenant de l’extérieur du bâtiment.
Cet objectif se heurte toutefois à une difficulté : la présence d’une zone de circulation séparant le bâtiment en deux parties empêche la mise en place d’un système de tirage de l’air. Lorsque cela est possible, le système de ventilation naturelle présente en effet une zone d’entrée et une zone de sortie de l’air entre lesquelles une différence de pression permet de gérer un courant d’air. La présence du couloir rend ce procédé impossible et l’air entre et sort au même point.
Mise en place du système dans le projet de la Citadelle
Le système de ventilation a été installé sur les façades donnant sur les jardins, ce qui participe à son fonctionnement puisque les végétaux rafraîchissent l’air en été selon le principe de l’évapotranspiration.
L’ensemble du système de ventilation naturelle a été pensé en dualité avec la structure mixte. L’architecture des plafonds des différents espaces à ventiler, soit ceux montés avec des voussoirs en terre cuite, participe activement à valoriser la circulation d’air dans la pièce. De plus, la structure d'acier elle-même a été percée pour permettre le passage de l’air et favoriser son mouvement vers le fond de la pièce. Dans un souci d’économie les ouvrants n’occupent que la partie supérieure des éléments de façade.
Le système est organisé selon trois types de fenestration qui se voient alternés successivement l’un à la suite de l’autre tout au long des façades :
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Un élément fixe
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Un élément mobile actionnable manuellement
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Un élément mobile asservi
Une telle organisation répond aux exigences en termes de coût et de réglementation.
Les éléments fixes ont été installés afin de limiter le coût de construction, ils sont les moins coûteux.
Les éléments mobiles manuels correspondent à un système d’ouverture de fenêtres oscillantes classiques. Sa mise en place répond à une triple motivation. Ils permettent d’une part de faire l’économie d’un système motorisé et donc de faire donc baisser les coûts de construction. D’autre part, ils jouent le rôle de système de désenfumage dont l’installation est rendue obligatoire par les normes de sécurité incendie et que les pompiers doivent pouvoir enclencher. Enfin, ils offrent une certaine souplesse d’usage. Le recours à un système entièrement automatisé aurait laissé peu de liberté et risquait de paraître rigide. Le recours à cette solution mixte permet aux personnes de régler en partie manuellement le courant d’air traversant la salle.
Les ouvrants automatisés, enfin, sont les éléments les plus importants et intéressants de la façade. Ils sont manipulés automatiquement par un moteur à vis qui, en réglant l’inclinaison de l’ouvrant, rend possible un contrôle du flux d’air entrant. Ces moteurs sont asservis à la température de la pièce. Un système de capteurs permet d’identifier à tout moment la température à l’intérieur du bâtiment et celle à l’extérieur, au niveau des jardins. À partir de ces données, le débit d’air nécessaire est déterminé. La connaissance de la vitesse de l’air, mesuré à l’aide d’un anémomètre, permet de définir la largeur d’ouverture des fenêtres pour obtenir l’ambiance souhaitée dans la pièce.
Mise en place d’un système de ventilation mixte
En ce qui à trait au système de ventilation naturelle, le mouvement de l’air est conditionné par une ouverture unique. Dans ce sens, l’air frais entre dans la pièce par la portion inférieure de la fenestration. En climatisant l’espace, celle-ci se réchauffe naturellement et remonte en hauteur pour ensuite ressortir par la portion supérieure. Bien entendu, ce mouvement naturel de convection est simplement exploité dans un tel système de ventilation.
Pour autant, en dépit de la sophistication du système de ventilation, il n’est pas suffisant pour réguler l’air de la pièce à toutes les périodes de l’année. Lorsque les températures sont trop élevées, l’ouverture maximale des façades est insuffisante pour éviter la surchauffe. Par conséquent, le bâtiment fait appel à un système mixte naturel/mécanique. Une VMC plus classique a en effet été conçue pour épauler le système de ventilation naturelle. En plus de la température, cette ventilation mécanique permet de régler un certain nombre d’autres paramètres ambiants tels que le taux de CO2 ou d’humidité.
Les différentes configurations de ce système, variant selon les saisons, sont présentées dans les schémas ci-dessous :







Ventilation naturelle des bâtiments 1,2 et 3
Steven Sibiril, Antonin B. Cartier, Aziza Ben Jemia
Le mécanisme d’ouverture
Basant ses recherches sur une démarche plutôt expérimentale, l’agence Renzo Piano Building Workshop est depuis toujours passée maître dans l’exploration par prototypes techniques. À ce sens, dans le but de tester et d’expérimenter entre autres la mise en place d’une ventilation naturelle dans la Citadelle universitaire d’Amiens, deux prototypes ont été édifiés à l’échelle 1 : 1 durant l’ensemble du projet de conception. De plus, le mécanisme d’ouverture a été grandement influencé par le travail fait ultérieurement à la Cité Internationale de Lyon. Il est à noter que plusieurs prototypes ont été ouvragés avant l’obtention du résultat satisfaisant qui est présenté dans ce projet.
Ici est représenté le mécanisme d’ouverture par ouvrant automatisé. Les trois éléments principaux de ce système se résument par le piston articulé représenté en jaune, la crémaillère métallique s’affichant en vert et le battant en bleue. Il est à noter que l’ensemble de ces dispositifs mécaniques est apparent.
L’ensemble du système à ouvrant motorisé tire son effort du petit piston articulé qui coordonne l’ensemble du mécanisme selon le principe de la vis sans fin. Contrairement aux premiers moteurs Somfy de la Cité Internationale, celui-ci est classé dans la gamme des systèmes légers. En effet, une fois actionné le mécanisme prend trois minutes pour ouvrir complètement l’ouverture. Ainsi, ils sont fortement résistants et durables, nécessitent peu d’entretien, et ce en plus d’être très silencieux.
Bien que l’esthétique du modèle est probablement jugé aux premiers regards, il est important de comprendre que pour l’agence Renzo Piano Building Workshop, un tel paramètre de beauté ne peut en aucun cas venir influencer l’efficacité du système. Ainsi, chacun des détails de cet assemblage a été préalablement pensé en terme technique et pratique. Ce caractère peut ainsi être jugé d’esthétique brute, car c’est bien entendu la nature même du fonctionnalisme qui est représenté dans la conception de ces différentes pièces. La technologie est, selon cette agence, un paramètre qui se doit d’être exposé à la vue de tous.


En été, l’entrée d’air se fait par des ouvrants croisés, qui permettent une circulation de celui-ci en diagonale et évitent la récupération de la chaleur. Ceci limite donc le recours à la climatisation en maitrisant les apports solaires, tout en profitant de la lumière naturelle.

Sources
Les Textes :
D'après la visite des 17 et 18 septembre animée par Paul Vincent et les propos de Jean Pattinson ainsi que de tous les architectes de l'agence Renzo Piano Building Workshop.
D'après la conférence inaugurale de Paul Vincent à l'ENSAL en septembre 2015
http://www.worldarchitecturemap.org/buildings/cite-internationale
http://www.cstb.fr/fileadmin/documents/webzines/baies_vitrages/pdf/cstb-recherche-41.pdf
Les Images :
1 D'après les documents de l'agence Renzo Piano Building Workshop
2 http://www.worldarchitecturemap.org/buildings/cite-internationale
3 http://www.cstb.fr/fileadmin/documents/webzines/baies_vitrages/pdf/cstb-recherche-41.pdf
4 Photos prises pendant la visite des 17 et 18 septembre
2 | Vue sur une façade de la Cité Internationale de Lyon.
2 | Vue sur une façade de la Cité Internationale de Lyon.
3 | Schéma décrivant la circulation d'air en été dans un bâtiment ayant recours à une ventilation naturelle
1 | Plan de masse de la Citadelle d'Amiens ciblant la caserne nord
1 | Axonométrie de la façade vitrée
1 | Le système des fenêtres ouvrantes
4 | Photo du mécanisme d'ouverture par ouvrant automatisé
4 | Schéma du mécanisme d'ouverture par ouvrant automatisé
1 | Le système de ventilation mixte
1 | Les différentes configurations du système de ventilation mixte