Regard sur le futur en construction, Alain Maugard, 1998

par Alain Maugard, président du Comité de pilotage du programme Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012″ (RAGE) et président de Qualibatu, Centre scientifique et technique du bâtiment (CSTB), 9 décembre 1998

Le bâtiment a un futur. Et pour bien percevoir les évolutions, les changements profonds, il ne suffit pas de s’arrêter à demain, déjà joué pour l’essentiel. Au CSTB, Centre Scientifique et Technique du Bâtiment, nous avons choisi de porter notre regard après demain afin de mieux voir naître les grandes transformations,acceptant ce parfum de futurisme.

La recherche prospective à laquelle nous nous sommes livrés est originale puisqu’elle s’intéresse non pas à la ville ou à l’habitat comme tant d’études mais aux fonctions du bâtiment avec un élargissement à l’urbain, à la notion d’habitacle c’est-à-dire tous les lieux où l’homme modifie les conditions climatiques.C’est à notre connaissance, la première fois qu’unetelle étude est réalisée.

Des exigences de plus en plus fortes vis-à-vis de la santé, de l’environnement, des risques, du confort… apparaissent comme les principaux facteurs d’évolution à court et moyen terme pour le bâtiment. Les techniques évoluant, on pourra moduler l’ambiance sonore de son appartement ou s’enfermer dans sa bulle de silence. Des capteurs mesureront la qualité de l’air, commanderont l’éclairage, réguleront pièce par pièce le chauffage et la climatisation, préviendront des intrusions…

Mais ces évolutions technologiques que laissent entrevoir les recherches font partie pour certaines de la fiction . Leur développement dépend évidemment des choix de société, des facteurs économiques et, surtout,des aspirations des occupants.

L’enveloppe : souplesse,mobilité et réactivité

Des façades statiques aux façades dynamiques

L’architecture contemporaine a hérité de la rationalisation des formes de l’époque moderniste avec de grandes façades et des matériaux montrés dans leur plus simple expression. Aujourd’hui les bâtiments répondent à une volonté d’esthétique,d’économie et de durabilité.

Cette apparente simplicité a suscité de nombreuses innovations dont la principale a consisté à dissocier la fonction porteuse de la fonction enveloppe. Cette évolution a entraîné l’optimisation des structures avec notamment les poteaux-poutres et a contribué au développement des façades légères. Cette dissociation des fonctions autorise une plus grande modularité. Elle génère des gains de matière, permet une plus grande précision dimensionnelle dès le gros-œuvre et permet d’améliorer la productivité par une meilleure organisation du chantier.

Une tentative de façade dynamique : L’Institut du Monde Arabe Les Serres du Parc André Citroën

Indépendante de la structure, l’enveloppe joue le rôle d’une peau et intègre les fonctions d’éclairage, de thermique, d’acoustique, de ventilation. La recherche d’une plus grande transparence a suscité de nouvelles utilisations du verre (poutres en verre, verres extérieurs collés, verres extérieurs attachés, verres sérigraphiés) mais aussi de nouveaux matériaux comme les aérogels de silice en vue de réaliser des isolants transparents ou encore les verres électrochromes.

La paroi s’amincit

Les façades seront demain réalisées dans des matériaux lisses et peu salissants, aux reflets variables. Le vitrage auto-nettoyant, aujourd’hui en cours de développement,pourrait bien se généraliser sur les immeubles tertiaires dès qu’il sera économiquement abordable sur des grandes surfaces.

Avec un industriel transformateur de produits verriers, le CSTB a contribué à la mise au point d’un système de VEA (Verres extérieur attaché) dont la particularité est d’être équipé d’un système de respiration disposé dans les attaches traversantes. Ce système, pratiquement invisible permet de réaliser des façades parfaitement lisses. Il a été utilisé pour la réalisation des façades de l’hôpital Georges Pompidou à Paris.

De nouvelles méthodes d’assemblage pourraient rendre les façades totalement démontables, réutilisables et recyclables, contrainte environnementale oblige. On peut envisager des poutres en verre lamellé-collé. Alliant performances mécaniques et thermiques, les parois seraient assemblées par le vide.

Le laboratoire Schlumberger Batiment Industriel par Foster

Les façades s’équipent et deviennent actives

Les automatismes, les vitrages commandables, l’organisation des espaces et leur modulation : autant d’exigences qui s’ajoutent à la maîtrise de la qualité de l’air, de la température et du bruit. Demain les performances des parois varieront automatiquement ou de façon commandée dans le domaine de la transparence, de la perméabilité à l’air et à la vapeur, de l’isolation thermique. Les façades feront appel à des matériaux dont la fonction ne se déclenchera qu’en cas de besoin(barrière anti-feu se mettant en place au moment de l’incendie, bris du vitrage en cas de rupture du collage…)

Dans le domaine des vitrages isolants, aux progrès déjà réalisés (transmission thermique des vitrages, isolement acoustique), des recherches en cours sur la neutralisation des bruits indésirables par des contre-bruits,la réduction de l’épaisseur des vitres sans que l’isolement acoustique soit compromis pourraient apporter de nouvelles réponses.

On ” branchera ” la fenêtre aisément. Elle fera partie des équipements mobiles de la maison , tel un appareil électrique, tandis que des solutions mixtes utilisant l’acoustique passive et active permettront d’ouvrir les fenêtres pour capter l’air mais pas le bruit. Des claustras associés à des systèmes actifs, doublant la façade, apportent simultanément isolation acoustique et protection solaire.

Trebbi : Maison solaire à Bargemon Le Centre Pompidou : pionnier “high tech”

Les fermetures et protections solaires deviennent multifonctions :capteurs d’énergie en position ouverte grâce au photovoltaïque ou aux matériaux à changement de phase ; elles restituent cette énergie en position fermée la nuit, sous forme de lumière ou de chaleur. Les fermetures à vantaux dédoublés dont l’un est transparent, permettent à volonté d’avoir une ouverture totale, une simple fenêtre, une fenêtre double, le tout pouvant être occulté.

Couverture : la cinquième façade

Le métal reprend une place importante dans l’enveloppe des bâtiments et notamment dans les toitures. Par exemple sous forme de panneaux sandwiches dont la peau métallique de quelques microns d’épaisseur enferme une âme en matériau de synthèse recyclé. La toiture et la façade se prolongent sans rupture et peuvent adopter des formes courbes. La peau extérieure de la couverture est déchargée des fonctions d’isolation et d’étanchéité qui sont assurées par des complexes multifonctions plafond-isolant-étanchéité.

Pour abriter des intempéries les centres commerciaux ou de loisirs, de larges toitures transparentes peuvent être déployées, réalisées à partir de matériaux polymères transparents, de verre ou de textiles tendus sur des structures métalliques.

Équipements et services :à chacun son confort

Dans le secteur des équipements du bâtiment,après une longue période de conception standard des produits pour un utilisateur moyen, on devrait assister à une segmentation du marché et à des réponses personnalisées aux demandes des usagers. En neuf comme en réhabilitation, le bâtiment devra en effet évoluer en fonction d’une demande de plus en plus large. Un nombre croissant d’équipements auparavant intégrés au bâti deviendront donc mobiles.

Réduit à une enveloppe minimale, le bâtiment sera doté de tous les précâblages utiles pour un équipement futur. L’installation électrique sera prévue pour permettre une domotisation ultérieure sans intervention sur les parois. La télécommande permettra même de supprimer les câblages dans les cloisons qui deviennent mobiles au gré des besoins de l’occupant.Livrés prêts à finir, les appartements pourront être aménagés par l’occupant grâce à des kits construits et réglés en usines, qu’il suffira de brancher sur le réseau électrique ou hydrocâblé.

Chaque appareil possèdera ses propres automatismes. Mis en réseaux, les différents capteurs permettront de créer une ambiance lumineuse sur mesure, éteindre toutes les lampes de la maison simultanément, réguler le chauffage et la climatisation pièce par pièce,assurer une veille pour se protéger des intrusions en cas d’absence, …

Projet de Pont habité sur la Tamise

Tout en prenant une place grandissante dans l’habitat, les capteurs se borneront à faciliter les gestes de l’occupant qui veut rester indépendant voire maître de la technologie.Ainsi, parallèlement aux systèmes hypertechnologiques de gestion du bâtiment à distance qui tombent rarement en panne mais ne peuvent être réparés que par des spécialistes, se développeront des équipements ” rustiques “, faciles à entretenir, à faible contenu technologique. Cependant les deux options peuvent se combiner. A l’extrême, le bâtiment est autonome et produit tout lui-même : l’énergie, le traitement de l’eau… La miniaturisation des piles à combustibles, déjà utilisées pour des applications militaires, permet d’équiper chaque appareil de sa propre source d’électricité, sans émission polluante et sans bruit.

Fabriquer l’air à la carte

Plus que jamais considérée comme un refuge, un abri contre les agressions extérieures, la maison doit garantir un environnement sain pour ses occupants. Demain, les citadins exigeront d’être informés sur la qualité de l’air de leur logement (ce sera possible grâce à des bio-capteurs) et seront très exigeants dans le choix des revêtements de sol et de murs, de leur aspirateur, …

Équipée d’une centrale de contrôle, la maison sera reliée à un système de filtration de l’air extérieur pollué et comprenant des systèmes de mesure de la présence de polluants, d’élimination de ces polluants ou des odeurs.

Les systèmes de ventilation devront donc préserver la santé des occupants face aux émissions internes(bioeffluents, matériaux, équipements) et aux pollutions externes. Deux autres fonctions leur seront demandées : le confort (hygrothermique, acoustique et olfactif) et la préservation du bâti. Ils devront en outre contribuer à la maîtrise de l’énergie.D’autres fonctions leur seront demandées comme le rafraîchissement ou encore le confinement en cas de pollution accidentelle de type industriel.

Les systèmes actuellement sur le marché ne répondent que partiellement à ces exigences. Il y adonc là un large champ pour l’innovation et une nécessité de modifier la réglementation en vigueur. Deux types de systèmes devraient se développer et cohabiter :

– les systèmes centralisés assurant un niveau minimum de ventilation ;

– les systèmes individuels adaptés aux besoins spécifiques.

Climatiser sans consommer trop d’énergie

Le développement de la climatisation dans le secteur non résidentiel devrait se poursuivre et pénétrer le secteur de l’habitat au cours des prochaines décennies,aidé en cela par la généralisation de la climatisation dans les véhicules.

Les systèmes devront répondre à une demande de réversibilité (froid/chaud), de décroissance du niveau sonore, d’autonomie (gestion locale), d’amélioration de l’esthétique et du dimensionnement, l’émergence de techniques nouvelles (solaire, …). En raison, de fortes contraintes réglementaires à prévoir sur la réduction des émissions de CO2 et par conséquent des exigences de maîtrise de l’énergie de plus en plus fortes, ces systèmes ne pourront se développer que dans une perspective de consommation d’énergie réduite,nécessitant à la fois un traitement adapté de l’enveloppe et des performances élevées des systèmes.

Eau chaude et chauffage :centralisation ou autonomie?

Du côté des équipements de chauffage, on devrait voir les chaudières diminuer leurs émissions polluantes et réduire leur taille. Les systèmes réversibles se généraliseront en raison des besoins de climatisation.

A la cogénération et à l’utilisation des systèmes multi-énergie, s’ajouteront les micro-réseaux autour d’activités industrielles productrices de chaleur (incinération d’ordures par exemple)et de nouveaux modes de stockage de chaleur.

Des systèmes de contrôle-commande seront mis en place pour optimiser la gestion et détecter les défauts de fonctionnement. Des contrôles périodiques sur les performances, les réglages et les émissions des appareils de chauffage pourraient voir le jour, calqués sur le contrôle technique des voitures.

Enfin deux tendances parallèles se dessinent :centralisation ou autonomie. Si l’on dispose d’énergie à profusion, le système de chauffage à eau chaude pourrait céder du terrain au tout électrique,beaucoup moins compliqué à installer.

L’idéal à atteindre : que toutes les parois soient à la même température. Aux plafonds et planchers chauffants s’ajoutent les parois chauffantes sans émetteurs visibles. L’aéroport de Munich dispose déjà de façades dont les profilés creux en acier véhiculent de l’eau chaude pour le chauffage. On peut aussi envisager le chauffage par micro-ondes dans les parois.

Par ailleurs, les caractéristiques thermiques des matériaux de construction pourront rendre les déperditions quasi inexistantes.

Les fonctions chauffage et production d’eau chaude sanitaire seront séparées. La production d’eau chaude centralisée cédera la place au chauffage de l’eau instantané au point de puisage, par exemple au moyen d’un système à micro-ondes, d’une résistance électrique enroulée autour de la canalisation d’alimentation, voire d’une pile à uranium associée à chaque robinet. Le mitigeur est remplacé par un simple curseur thermostatique qui règle la température de l’eau provenant d’une canalisation unique. Fabriqués en polymères conducteurs, les lavabos eux-mêmes pourraient chauffer l’eau qu’ils contiennent.

Habitat autonome

Grâce à la miniaturisation des matériels,l’habitat prendra de plus en plus d’autonomie. Ainsi, les systèmes centralisés de distribution et de traitement d’eau laisseront la place à des procédés individuels à membrane qui permettent à chacun de traiter son eau avant consommation.

Au traitement individuel de l’eau et de l’air à l’entrée dans le bâtiment, avant consommation,correspond un traitement des effluents en sortie : les eaux usées sont épurées en passant à travers une membrane et les fumées (si l’on fait encore appel à la combustion) lavées par un systèmes analogue à celui qui est aujourd’hui imposé aux industries polluantes.

Jan Kaplicky et David Nixon : projet de résidence secondaire mobile (1980) Une cabine téléphonique, habitat de communication minimal (1980)

Autres effluents du bâtiment : les déchets ménagers dont la production est croissante sont détruits sur place par pyrolyse ou triés pour être recyclés. Quant au vide-ordures, après une éclipse de quelques décennies, il réapparaît sous une nouvelle forme et apporte enfin le confort promis que n’a pas su donner son prédécesseur.De même que les éviers broyeurs, aujourd’hui largement répandus outre-Atlantique, peuvent se développer à condition que les stations d’épuration soient prêtes à les digérer, ce qui n’est pas prévu actuellement.

La protection de l’environnement constitue un déterminant important. Il reste à savoir combien les citoyens sont prêts à payer pour augmenter leur qualité de vie et quelle responsabilisation on peut attendre d’eux.

Fabriquer son eau en fonction de l’usage prévu

Devenue rare, l’eau devra être économisée. De nombreuses ressources d’eau peuvent être exploitées,comme les eaux pluviales, rendant la maison quasiment autonome. Un réseau en appoint fournit de l’eau brute à partir de laquelle l’usager fabrique son eau en fonction de l’usage prévu, en ajoutant des pastilles qui apportent les caractéristiques recherchées : dureté,goût, degré de potabilité, etc. De même que les W-C sont équipés d’une résistance électrique ou d’un système utilisant le rayon laser pour brûler les matières; solution déjà expérimentée dans des refuges de haute montagne.

L’évolution des habitudes alimentaires entraîne une réduction de la consommation d’eau, par exemple : suppression de l’eau de cuisson avec le développement du four à micro-ondes ou d’autres techniques, lavage des denrées et de la vaisselle aux ultrasons.

Équipements sanitaires sur mesure grâce à la connectique et au flexible

L’électricité et l’électronique sont de plus en plus associées aux équipements sanitaires, notamment avec le développement des automatismes :détecteurs de présence, réglage de la température de l’eau, … Alors, pourquoi ne pas les associer en un réseau commun de fluides ? Chaque pièce d’un bâtiment pourrait être équipée de prises hydrauliques, à l’image de prises électriques, TV et, de plus en plus, de prises aspirateur, réseaux de communication, etc. Faux planchers et faux plafonds facilitent leur développement.

La connectique simplifiée rend les équipementssanitaires interchangeables. Pour peu que les cloisons soientfacilement mobiles, la notion de pièces sèches etpièces humides disparaît, chacun choisissant ladisposition de son équipement sanitaire, devenu mobilier.

La médecine à domicile accélèrel’adaptation du design et de l’ergonomie des équipements enfonction du vieillissement ou du handicap physique de chacun. Demême, des transferts sont à attendre entre le secteurdes transports et celui de la construction. Les toilettes des TGVinspirent déjà les cabines de bains tridimensionnelles.Même dans les espaces publics, chacun souhaite reconstituer sabulle de confort. Les toilettes publiques à l’entretienautomatique continuent à se développer.

Se protéger des ondesélectromagnétiques

Sans précautions particulières, les ondesélectromagnétiques s’infiltrent partout et circulentdans tous les réseaux : climatisation, chauffage, … Lesproduits de construction devront protéger les locaux contreles
ondes parasites tout en laissant passer les ondesnécessaires et en garantissant la confidentialité decertains réseaux. Des produits tissés peuvent nelaisser passer que certaines longueurs d’onde en fonction de lataille de leurs mailles. Sols, murs et plafonds pourraient êtrehabillés de revêtements à cage de Faradayintégrée.

Les biotechnologies auxcommandes

La métrologie domestique fera largement appel auxbiotechnologies avec les capteurs bio-sensibles qui évaluerontpar exemple la qualité de l’air. Déjà largementexploitées dans l’assainissement centralisé des eauxusées, les biotechnologies pourront se développer dansdes moquettes qui digèrent les acariens. Lesbiomatériaux seront utilisés pourl’autoréparation des bâtiments. Les matériauxà mémoire de forme, qui reviennent à leur formeinitiale après une sollicitation, trouveront aussi desapplications dans l’autoréparation des murs fissurés oula réalisation de serrures sans clés, actionnéespar une simple commande électrique… Les nouvelles solutionstechniques sont sensitives et autoadaptatives.

à Chiba (japon) Les arbres intérieurs
Ise-Annhasz
Habitat-Arbre utopique (Packard)

Des cellules animales et végétales, on extraitaujourd’hui les molécules biologiques permettantd’élaborer de nouveaux produits pharmaceutiques ouagro-alimentaires, de traiter les pollutions, … Alors,pourquoi ne pas utiliser leurs propriétés pourdévelopper des parois autonettoyantes qui nenécessitent plus d’entretien, ou des systèmes derégulation de l’hygrométrie des locaux, …

Rendre le bruitagréable

L’acoustique active se développe aujourd’hui pour corrigerles salles de concert qui présentent une défaillanceacoustique ou encore pour simuler le volume d’une salle lors d’unconcert à l’extérieur. Demain, le logementbénéficiera de ces techniques pour moduler son ambiancesonore. Après l’acoustique quantitative des années1990-2000 qui cherche à réduire le bruit, l’acoustiquequalitative rend les bruits agréables. Véritablestimulateur de l’architecture des locaux, un outilélectronique branché sur l’ordinateur familial permetde régler l’ambiance pièce par pièce :feutrée ou plus ou moins sonore, en fonction de l’humeur dumoment ou de la destination du lieu. De même que le variateurde lumière permet aujourd’hui de faire varier l’ambiancelumineuse d’une pièce, le variateur acoustique modulel’ambiance sonore.

La technologie au service de l’éclairage des batiments au CSTB

A chacun sa bulle desilence

Héritant de techniques déjàdéveloppées dans l’automobile et l’aéronautique,le logement pourra également bénéficier de” bulles de silence “. Chacun peut tout à loisirdormir la fenêtre ouverte, même dans un environnementbruyant, si son lit est équipé de petits haut parleursintégrés qui diffusent un contre-bruit pour neutraliserles bruits indésirables. Certains sièges d’avions ensont déjà pourvus.

Tous les bruits des équipements de la maison serontégalement travaillés, non pour les gommer mais pour lesrendre agréables. Ainsi, le ronronnement d’unechaudière est rassurant mais le son qu’elle produit àchaque démarrage est gênant : Ce bruit sera donc” sculpté ” pour être plus harmonieux. Demême pour le moteur d’un volet roulant ou le déclic d’uninterrupteur. L’industrie des équipements techniques de laconstruction travaille déjà sur le son desproduits.