Au Québec, une école énergiquement ultra- performante

Pierre Gastaldy ing., Directeur du service des ressources matérielles, Commission scolaire des Grandes-Seigneuries. Courriel.

Résumé: Pour la construction de sa plus récente école située au Québec, prés de Montréal, la Commission scolaire des Grandes-Seigneuries, qui se distingue depuis longtemps par sa maîtrise de l’énergie, voulait relever le défi de réaliser un projet particulièrement efficae, aux émissions de GES avoisinant zéro. Sur le plan architectural, la compacité du concept (2700 m2), l’orientation, les couleurs des revêtements, la fenestration, les vitrages à basse émissivité, les essences d’arbres selon les façades, etc. ont été optimisés pour diminuer les besoins énergétiques. Sur le plan mécanique, un système géothermique à boucle fermée de près de 5 km conditionne l’air été comme hiver par l’intermédiaire de pompes thermiques. Y participent aussi des murs solaires, un récupérateur de chaleur sur l’air évacué et un serpentin électrique. La ventilation et l’éclairage sont asservis à des détecteurs de présence et de luminosité et le tout est contrôlé par un système de gestion centralisée. Ce projet de « démonstration » fait de cette école une des plus performantes du Canada.

St-Constant -banlieue de Montréal-, 15 janvier 2003, 11h30. Ensoleillé. Température extérieure : –16 0 C. À l’école du Tournant, l’air extérieur entre pourtant dans le système de ventilation à +5 0 C. Un gain gratuit de 21 0 C!

Magie? Non! Mais plutôt le résultat d'une longue démarche qui remonte à 2001. En tant qu'initiateur du concept, j’avais comme rêve de réaliser un bâtiment vert. Devant les coûts des matériaux encore peu disponibles, il a fallu se rabattre sur un bâtiment « le plus vert possible » et se borner à limiter les émissions de gaz à effet de serre. Au Québec, un bâtiment sans GES, c’est habituellement un bâtiment « tout-électrique ».

Mais si le Québec jouit des tarifs d’électricité les plus bas au monde, cela implique cependant de maîtriser les fortes dépenses liées aux appels de puissance. Par le passé, cette difficulté a pu être contournée en construisant des écoles avec pompes à chaleur sur une boucle hydronique raccordée à une réserve thermique d’eau chauffée ou refroidie hors-pointe ; une performance remarquable était déjà au rendez-vous.

» Voir la figure 1: Consommation en KWh à l’école du Tournant entre la fin 2002 et 2003

Avec l'école du Tournant, inaugurée en novembre 2002, les résultats sont améliorés du double! On y enregistre des performances (Voir fig. 1 et 2 ) qui dépassent de 60% les exigences minimales du «Code modèle de l’énergie pour les bâtiments » qui, depuis 1997, contraint les concepteurs et les constructeurs canadiens à construire des bâtiments présentant un minimum de performance énergétique. Ceci en ferait le bâtiment institutionnel le plus performant au Québec, le deuxième au Canada.

» Voir la figure 2: Performances comparées de l’école du Tournant avec les écoles du réseau scolaire primaire-secondaire au Québec et notamment celles à pompes à chaleur (PAC) et de la Commission scolaire des Grandes-Seigneuries (CSDGS)

On n'a pourtant eu recours qu’à des solutions simples et éprouvées.

Cette école est petite. Destinée à une clientèle de 220 «raccrocheurs», elle mesure 2 682 m2.

Le parti architectural compact s'organise autour d'une salle commune à vocation multiple. L’isolation des murs et des toits a été légèrement améliorée par rapport aux standards habituels (murs R-20, toit R-24). L’orientation et la fenestration ont été optimisées et du vitrage à basse émissivité (R-2,9) a été utilisé aux endroits appropriés. Les parties asphaltées ont été éloignées du bâtiment et les plantations soigneusement sélectionnées pour favoriser le gain thermique l’hiver et bloquer le soleil l’été. Les couleurs des briques auraient même été optimisées pour leur fonction d’absorption.

Voir l'image d'entête: L’école du Tournant à St-Constant au Québec (Canada). Les murs solaires sont installés en hauteur, de chaque coté de la partie centrale.

Sur le plan mécanique on a opté pour de la géothermie en boucle fermée. Un mélange eau-méthanol échange son énergie avec le sol via 5 km de tuyaux de 1pouce de diamètre répartis en 18 puits verticaux indépendants de 120 m. L’hiver la chaleur du sol est remontée vers l’école, et l’été c’est la chaleur de l’école qui est retournée dans le sol. Selon les conditions, le système choisit une des deux entrées d’air lequel, en période de chauffage, profite d’un gain thermique considérable en transitant derrière un des 2 murs solaires (simple tôle noire perforée) de 40m2 à l’ouest et de 51 m2 à l’est. Le taux d’admission d’air frais est ajusté par un détecteur de CO2.

Pour ne rien perdre, un échangeur de chaleur à tubes thermiques (caloducs) réchauffe aussi l’air extérieur avec la chaleur extraite de l’air vicié évacué. (Voir fig. 3). À l’intérieur chauffage ou climatisation sont assurés par 25 pompes à chaleur (60 tonnes de réfrigération). Au cas où on en aurait besoin un serpentin électrique prendrait la relève… Mais lors du dernier hiver, il n’a pas été sollicité! Des détecteurs de présence gèrent la ventilation et l’éclairage. Il va de soi que toute la télé-gestion de l’école est centralisée et peut être suivie à distance.

Comme on peut le constater, il n’y a là aucune grande innovation! Simplement une accumulation de moyens à la portée de tous. Le recours à l’électricité est réduit au minimum ce qui fait que même si le serpentin de chauffage était alimenté par des combustibles fossiles, l’impact sur les émissions de CO2 serait négligeable. La formule est donc aussi applicable dans les régions où l’électricité n’est pas de source hydraulique.

Quel coût pour cette performance?

Aidé par des subventions des programmes PEBC et PENSER du Gouvernement du Canada (transitant au Québec par l’Agence de l’efficacité énergétique - AEE) équivalent à plusieurs fois l’économie annuelle escomptée, le budget accordé par le Ministère de l’Éducation a été dépassé d’à peine 10%. On peut imaginer que sur un projet de plus grande envergure ce surcoût serait encore moindre.

Aux tarifs actuels de l’énergie, ce dépassement sera récupéré en 10 ans. La décision de dépenser plus aujourd’hui pour économiser demain parait tellement aller de soi, qu’en y réfléchissant bien, je mérite des reproches. Une remontrance sévère : non pas pour ce que j’ai fait… Mais pour ne pas l’avoir fait avant! En effet, depuis que les technologies retenues dans cette réalisation existent, c’est-à-dire grosso-modo une dizaine d’années, j’ai présidé à la construction de 6 écoles, totalisant des surfaces de 240,000m2. Si l’économie d’énergie a toujours été un incontournable, je n’ai jamais osé «investir» des budgets que je n’avais pas pour générer des économies plus tard. Chaque fois qu’on n’a pas cette vision des choses, on devrait se sentir coupable. C’est plus évident en matière énergétique où les rendements sont directement mesurables, mais c’est aussi vrai pour d’autres types de choix qui diminuent à long terme les coûts de cycle de vie. Le réflexe habituel consiste à se limiter aux budgets des bailleurs de fonds, voire d’en revendiquer davantage, et d’étouffer l’innovation de nos bureaux d’études, lesquels se cantonnent alors dans des designs «copiés-collés». Mais il faut se souvenir que ces équipements qu’on acquiert vont durer de 40 à 60 ans! Alors où est le risque d’emprunter pour 10, 15 voire 20 ans ?

» Voir la figure 3: Ce graphique montre les apports gratuits que les murs solaires et le récupérateur de chaleur font à l’air frais admis dans le bâtiment (les jours sans soleil le gain est aussi remarquable et le récupérateur est plus efficace). Ils suffisent souvent à amener cet air à la bonne température. S’il en était besoin le reste de l’énergie proviendrait du sol via une pompe thermique. En dernier recours un serpentin électrique pourrait être utilisé.

En conclusion je résumerai les conditions favorisantes pour un tel projet, lesquelles sont à la portée de tous :

• D’abord démontrer une volonté ferme de faire différemment notamment en «environnement».
• Ensuite forcer les bureaux d’études à innover ou au moins à réunir un maximum de concepts connus depuis longtemps.
• Enfin oser dépasser les budgets en réalisant des montages financiers sur la durée de vie des équipements.

N’oublions pas ces mots d’un certain Murrow : «Ce qui est obscur, finit par nous convaincre. Ce qui est tout à fait évident prend plus de temps».