LE SOLAR DECATHLON OU LES DILEMMES DE L’ARCHITECTURE SOLAIRE

En mobilisant les jeunes générations d’architectes et d’ingénieurs en formation, la compétition entendait participer à la diffusion d’une nouvelle culture scientifique et technique auprès du grand public, en donnant aux gens un aperçu des villes et habitats de demain. Des esprits chagrins ont pu regretté que la manifestation dure trop peu pour atteindre cet objectif. Elle n'en restait pas moins sympathique, bon enfant et a eu le grand mérite de réussir à reposer la question du durable, de manière vivifiante. Et si la voie de la technologie était vaine ? Et si l'habitat dépassait l'échelle domestique ? L’architecture solaire peut-elle, en 2014, se permettre de cacher les dispositifs qui la rendent écologique ? Entretien avec Pascal Rollet.

EK : Certaines maisons du Solar Decathlon 2013 n'avaient pas de panneaux solaires, ou pas de panneaux solaires visibles. Comment l’expliquez-vous ?

Pascal Rollet : Les maisons participant au Solar Decathlon fonctionnent toutes uniquement à l’énergie solaire. L’édition 2013 n’a pas dérogé à cette règle et toutes les maisons étaient bien équipées de systèmes solaires produisant de l’électricité, les panneaux photovoltaïques, ou de l’eau chaude, les panneaux thermiques. Les maisons présentées à Irvine, en Californie, n’avaient pas forcément de panneaux visibles du fait d’une volonté d’intégration architecturale de plus en plus forte, mais probablement aussi, suite à une évolution de l’ordre de priorité des contraintes qui s’attachent à la mise en œuvre et à la maintenance de ces équipements. En effet, pour les systèmes solaires actifs, la production optimale est obtenue, en France, grâce à une orientation face au sud et une inclinaison de l’ordre de 30 à 35° pour des panneaux photovoltaïques et de l’ordre de 40 à 45° pour des panneaux thermiques. Pour une consommation donnée, en un lieu donné et avec un niveau de performance de production défini par la qualité des panneaux utilisés, la contrainte spatiale à résoudre par les architectes est de développer une quantité suffisante de surfaces planes inclinées répondant aux critères énoncés.

EK : Comment cette question esthétique a-t-elle été envisagée par les architectes européens au cours des dernières décennies ?

P.R. : Partant de cette contrainte d’enveloppe comme génératrice majeure du projet architectural, les concepteurs ont tout d’abord dessiné des bâtiments abrités sous de grands pans inclinés générant toute la volumétrie architecturale, comme l’a fait Thomas Herzog en 1977 pour la maison de Regensburg. Afin de s’affranchir de cette sorte de « figure imposée » de l’architecture solaire, les pans inclinés ont ensuite été morcelés en une série de sheds dont la somme des surfaces permettait d’atteindre la surface globale nécessaire pour répondre aux besoins, tout en prenant garde à ce que chaque shed ne porte aucune ombre sur le suivant, comme l’ont fait en 1999 Jourda-Perraudin et Manfred Hegger pour l’académie de formation de Herne dans la Ruhr, ou comme l’a fait Herman Kaufmann en 2005 pour l’auvent solaire du centre communal de Ludesch dans le Vorarlberg. Bien que des panneaux placés verticalement soient 30 % moins efficaces que ceux placés en toiture avec le bon angle adapté à la latitude et que les risques d’ombres portées par des voisins soient considérablement augmentés, les architectes ont parfois choisi d’utiliser les façades pour développer les surfaces captatrices d’énergie. Parfois, encore, soucieux de l’affichage de la technologie employée, d’autres ont choisi de disposer des rangées de panneaux formant des écailles ajoutés aux volumes construits. Dans tous ces cas de figure, les panneaux étaient très visibles et donnaient à l’architecture un caractère spécifique qui permettait aux visiteurs d’identifier au premier coup d’œil qu’ils avaient à faire à une « architecture solaire ». Cette culture visuelle a imprégné nos rétines.

EK : Depuis quasiment dix ans que la préoccupation écologique affecte très directement le milieu du bâtiment, les évolutions technologiques ou réglementaires modifient-elles la donne ?

P.R. : Plusieurs facteurs sont en effet en train de faire évoluer cette conception de l’architecture solaire. Tout d’abord, les études et les tests ont montré que des panneaux photovoltaïques disposés à plat (ou avec une très faible pente de 5° permettant l’évacuation des eaux) ne perdent que 8 à 10 % de production par rapport à l’inclinaison optimale, mais permettent un développement de surface captatrice de l’ordre de 30 % supérieur du fait de la disparition de la contrainte d’ombre portée. En milieu urbain où la taille de la parcelle est fixée et où les PLU imposent des contraintes de hauteur, c’est donc le facteur géométrique qui prime sur la performance pure. Dans ce cas, les toitures plates sont en effet plus efficaces ! Par ailleurs, la nécessité d’accès sécurisés pour la maintenance a pris une place croissante dans les choix architecturaux. Les panneaux photovoltaïques nécessitent un nettoyage régulier (annuel ou biannuel) qui impose un accès technique aisé. Circuler sur des chemins techniques balisés en faisant le tour complet des zones de panneaux capteurs est bien plus facile que de marcher sur des panneaux inclinés avec un harnais attaché à une ligne de vie. Changer une pièce de plomberie sur un panneau thermique devient une gageure si on ne dispose pas d’une aire de travail plane autour. De plus, l’augmentation des capacités isolantes de l’enveloppe des constructions et celle du rendement des panneaux photovoltaïques réduisent les besoins d’énergie et la taille des surfaces de captage nécessaires. Des performances sérieusement envisagées au-delà des 40 % de rendement (44,7 % obtenu au CEA-LETI de l’INES à ce jour), combinées avec une sobriété tombant en dessous des 8 000 KW.h/an pour un habitat familial, dessinent une perspective de surface de captage photovoltaïque qui tombe en dessous de la douzaine de mètres carrés quand actuellement on déploie, en moyenne, encore plus du double pour satisfaire les besoins d’un foyer. De ce fait, sur une petite construction comme une maison individuelle, il devient presque anecdotique d’intégrer une telle surface en toiture terrasse tout en réduisant son impact visuel.

EK : Des changements dans la culture et dans les pratiques de projet n’induisent-ils pas aussi un renouvellement de l’esthétique architecturale ?

P.R. : D’autres paramètres de cet ordre dessinent une tendance qui va probablement aller dans le même sens d’une disparition progressive de la visibilité spécifique des systèmes solaires. La nécessité d’optimiser la corrélation entre la consommation et la production pour éviter les décalages entre les pics d’appel et d’injection sur les réseaux électriques régionaux et nationaux, conduit à réviser la notion d’orientation « optimale » pour favoriser la notion d’orientation « efficace » ou « utile », c’est-à-dire celle qui produit le plus au moment où on a le plus besoin d’énergie. L’orientation orientale favorise la production matinale quand l’occidentale favorise celle de fin de journée. Les scénarios d’utilisation des bâtiments induisent ainsi des choix d’orientation des champs de captage qui ne sont plus uniquement exposés au sud. La multiplication des champs de captage d’énergie est toutefois directement limitée par le coût de leur installation. Si on veut développer plus de surfaces pour obtenir une meilleure corrélation production/consommation, on aura donc intérêt à privilégier la mise en œuvre de panneaux plus nombreux, selon des orientations multiples, mais beaucoup moins coûteux. Dans cette hypothèse, les technologies à couches minces, les peintures photosensibles ou les cellules d’un genre nouveau comme les cellules Graetzel imitant la photosynthèse, présentent un intérêt certain. Toutes ces solutions sont aujourd’hui nécessairement développées sur de grandes surfaces, puisque globalement deux fois moins performantes que les meilleurs produits photovoltaïques sur le marché ou même en cours de développement R&D dans les laboratoires de recherche. Elles invitent à concevoir les systèmes solaires comme toujours plus intégrés, voire même comme les constituants de base d’une peau réactive à l’ensoleillement. De ce fait, les panneaux auront probablement tendance à disparaître à la vue et à se fondre toujours plus dans l’architecture.

EK : Qu'est-ce qui caractérise les projets de l’édition 2014 ?

P.R. : Les projets du Solar Decathlon 2014 présenteront une évolution notable par rapport à tous les prototypes montrés dans les éditions précédentes tant américaines, qu’européennes ou asiatique : ils questionneront tous la dimension de l’habitat collectif et de la densité urbaine en même temps qu’ils examineront les conditions de la sobriété et de la mobilité dans des situations géographiques et sous des conditions climatiques très variées. L’évolution des règles de l’édition française marque une inflexion notable vers la question urbaine par rapport aux règles des deux éditions européennes espagnoles. Les SDE 2012 et 2010 pilotés par l’Université Polytechnique de Madrid avaient, eux-mêmes, amorcé un virage important vers la question du confort et des usages, en valorisant ces aspects autant que la problématique énergétique mise particulièrement en avant dans les éditions américaines précédentes.

EK : Faut-il comprendre que le Solar Decathlon s’acclimate aux problématiques de ses divers pays d’adoption ?

P.R. : Le modèle de développement horizontal de l’american suburbia n’était certes pas le modèle le plus adapté pour la vieille Europe. Même si la maison individuelle reste le rêve de 86 % des français, plus de 70 % de la population de notre pays habite désormais dans les villes et dans des bâtiments collectifs. La tendance est similaire dans les autres pays d’Europe. Pour des raisons objectives de pression démographique, la tendance est encore plus lourde sur le continent asiatique et en Amérique du Sud. Le Solar Decathlon Europe se devait donc d’intégrer cette donnée dans les critères d’évaluation des projets des équipes sélectionnées. C’est chose faite et les vingt équipes représentant vingt universités, ou consortiums d’universités, qui planchent sur le sujet ont toutes développé un projet abordant ces questions dans le contexte spécifique de leur pays d’origine¹.

EK : Pouvez-vous nous dresser un panorama des stratégies mises en œuvre par les équipes ?

P.R. : Les équipes travaillent :

- sur l’extension en surélévation des immeubles existants de Berlin, de Francfort, de Madrid, de Taipei ou de Mexico ;

- sur la conversion de friches industrielles à Bucarest ou Copenhague ; ou de délaissés archéologiques dans la banlieue sud de Rome ;

- sur des interventions d’acupuncture urbaine dans les tissus périphériques de la région Parisienne et de l’agglomération catalane de Barcelone, ou au cœur de la ville de Lucerne ;

- sur la rénovation et la reconversion de bâtiments historiques comme le Cap 44 à Nantes ou les maisons en bande hollandaises traditionnelles de la banlieue de Delft ;

- sur de nouveaux types d’habitat collectif pour des étudiants à Providence et Erfurt, pour des éco-quartiers à Boone ou à Angers, pour des familles dans les banlieues surpeuplées de Mumbai, dans les zones inondables du delta de la Chao Phraya au sud de Bangkok, ou dans la région de Fukushima dévastée par le tsunami de mars 2011 ;

- ou sur de l’habitat adaptable dans le temps pour répondre aux situations d’urgence qui suivent un séisme de grande magnitude au Chili.

À des degrés divers, toutes les équipes intègrent la question de la convergence habitat/transport ainsi que celle de l’agriculture urbaine dans le contexte d’un plan local d’urbanisme visant la revalorisation écologique de zones urbaines denses. Toutes se posent la question de la soutenabilité des situations urbaines du futur et de l’organisation économique et industrielle de la production d’habitat accessible au plus grand nombre.

Le Solar Decathlon 2014 montrera ainsi des embryons de stratégies constructives, industrielles, architecturales et urbaines pour réussir la mutation des villes et des milieux de vie humains adaptés au changement climatique et à la préservation des ressources naturelles aux quatre coins de la planète.

1. Les universités concurrentes représentent les pays suivants : Allemagne (2), Chili (1), Costa Rica (1), Danemark (1), Espagne (2), France (2), Inde (1), Italie (1), Pays-Bas (1), Mexique (1), Pays-Bas (1), Roumanie (1), Suisse (1), Taiwan (1), Thaïlande (1), USA (2). Trois équipes ont développé un consortium international : l’équipe chilienne de Valparaiso avec l’université de La Rochelle, l’équipe américaine et allemande de Brown University et Rhode Island School of Design associées avec la FachHochschule d’Erfurt, l’équipe franco-américaine d’Appalachian State University.