Le système constructif innovant Wall E+ testé avec succès dans le bâtiment démonstrateur CompoHouse

La génèse du système constructif Wall E+

L'idée derrière Wall E+, système constructif innovant de murs et façades, est d'exploiter les potentialités des matériaux composites dans le secteur du bâtiment qui les a ignorées jusqu'alors.

Le bâtiment démonstrateur CompoHouse, réalisé en matériaux composites, hautes performances environnementales, est issue d'une réflexion novatrice ; comment construire différemment, en reprenant complètement « à la base » le cahier des charges, autour des thèmes centraux suivants :

• Utiliser des technologies de transformation des composites réellement industrielles (la pultrusion)
• Mettre au point des formulations particulièrement adaptées à ces contraintes
• Favoriser l'intégration de fonctions dans les conceptions
• Exploiter l'énergie du soleil
• Limiter la consommation de ressources primaires et réduire l'empreinte carbone.

Le système constructif Wall E+, fait l'objet d'une ATEx (Appréciation Technique d'Expérimentation). La création de la holding Caerostris fin 2018 permet le développement industriel de ce système constructif qui vient d'être mis en oeuvre avec succès à l'échelle réelle d'un premier bâtiment expérimental, CompoHouse.

Le système constructif Wall E+

Bloc creux - profilé - utilisé comme mur porteur pour des constructions individuelles, ainsi qu'en mur « manteau » autoporteur filant sur une ou deux hauteurs d'étages pour les immeubles collectifs.

Il assure la fonction complète d'enveloppe du bâtiment, intégrant bardage et équipements techniques actifs ou non (système de récupération d'énergie, végétaux...). Parfaitement étanche, il peut recevoir tout type d'isolant.

Les modules préfabriqués sont posés et solidarisés entre eux. Le joint très fin entre les panneaux permet de réduire le pont thermique considérablement, comparé aux constructions traditionnelles en bois, béton, parpaing, brique.

Wall E+ est une innovation de rupture, il offre une formulation Glasstherm®, développée spécifiquement pour ce produit, une technologies de mise en oeuvre à forte productivité, l’intégration de fonctions multiples (systèmes de récupération d’énergie en particulier) et la préfabrication industrielle.

La pultrusion

La pultrusion est certainement aujourd'hui la technologie de production de composites à matrice polymère la plus prometteuse dans le domaine de la construction. Seul process « en continu », elle permet d'obtenir des profilés à des prix sans comparaison avec tous les autres procédés de transformation. Des taux de renforts pouvant atteindre 70% garantissent des caractéristiques mécaniques exceptionnelles. Il est aisé aussi d'inclure dans certaines résines un taux important de charges minérales, permettant alors d'obtenir sur les produits finis d'excellentes caractéristiques de résistance au feu (produits auto-extinguibles, fumées non toxiques - classements «feu/fumée» de type M1/F0/I0). Enfin, « par essence » ces produits sont imputrescibles et en fonction des formulations retenues, présentent une résistance exceptionnelle à toute forme de corrosion.

La production

• la pultrusion permet de fabriquer des blocs de toute longueur : filant sur une ou plusieurs hauteurs d'étages

Les ailettes

• droites ou cornières permettent de rapporter et fixer des éléments de tout type (meubles, placo, parements, végétalisation...)
• diminuent le nombre d'éléments à rapporter sur le mur pour fixer quoi que ce soit (rails de placo...)

Le couvercle

• bloc obturé aux extrémités par un couvercle collé (étanchéité à l'air et à l'eau)

L'isolation

• profilés étanches entre eux grâce à 2 rangées de joints
• remplissage avec des isolants de toute nature (vrac, matériaux issus du recyclage, matériaux bio-sourcés...)
• isolant encapsulé dans le bloc protégeant de tout risque d'entrants (humidité, nuisibles...)
• l'absence de toute fixation métallique traversante (aucune rupture de pont thermique)

Le point fort de Wall E+

Ce bloc repose en partie sur la très faible conductivité thermique du matériau (λ 0.3W/mK - 900 fois moins conducteur que l'aluminium et 150 fois moins que l'acier), rapporté à ses excellentes performances mécaniques.

Ainsi, c'est une enveloppe tout en finesse avec des parois pourtant très résistantes qui a été conçue.

Le fait que les performances thermiques de l'isolant ne soient absolument pas dégradées par des ponts thermiques de structures est une véritable prouesse.

Compohouse : une mini-centrale à énergie verte

Au-delà du système constructif Wall E+, CompoHouse a pour but de :

• s'inspirer du vivant pour innover durablement
• comprendre et reproduire un écosystème dans toutes ses interactions
• utiliser de manière raisonnée et maitrisée les ressources non renouvelables
• diminuer notre dépendance aux sources d'énergies fossiles

Cette construction devra s'auto-suffire et même devenir une mini-centrale à énergie verte.

CompoHouse se distingue par sa performance environnementale « au sens large » :

• La démarche d'éco-conception limite la masse de matériaux primaires, inclue une sélection rigoureuse des matériaux constitutifs et l'exploitation rationnelle des qualités des matériaux composites.
• L'utilisation parcimonieuse de ces matériaux de synthèse mais aussi d'agro-ressources conduit à la sobriété énergétique et plus largement à une empreinte carbone faible et bien maîtrisée.
• Une conception axée sur l'industrialisation et l'approvisionnement en « circuits courts » permet de limiter l'impact environnemental tout au long du cycle de vie : faible énergie grise à la fabrication, au montage et à la déconstruction partielle ou totale. Le système est entièrement ré-utilisable dans une logique « Cradle to cradle ».
• L'idée est née d'exploiter au mieux le potentiel offert par les énergies renouvelables dans les constructions. Wall E+ est ainsi le premier mur à produire plus d'énergie qu'il n'en consomme.
• Pour une architecture raisonnée, la prise en compte de tous les flux est essentielle :
  • flux entrants : le soleil pour l'énergie et pour la photosynthèse
  • flux sortants : l'énergie produite sous forme électrique principalement sous forme de flux de chaleur et demain de déchets aussi (méthanisation à l'étude)

Un projet « bio-climatique » et « politiquement moderne », visant non seulement à l'autosuffisance énergétique, mais aussi à collecter l'énergie sur l'ensemble de l'enveloppe et à la redistribuer à travers tous les réseaux (Smart Grid). Des solutions de batteries ou de compteurs indépendants (consommation/production) permettent aujourd'hui de consommer l'énergie produite, c'est-à-dire d'être en autoconsommation. En cas de surplus d'énergie produite, celle-ci est injectée sur le réseau, dans le cas inverse, l'installation permet de consommer l'électricité disponible sur le réseau.

Exploiter massivement l'énergie solaire

Au-delà de l'innovation de rupture remarquée et encouragée à travers de nombreux prix, le bâtiment démonstrateur CompoHouse surprend déjà par un bon nombre d'autres innovations, notamment des solutions différentes pour capter les énergies du soleil et une grande attention portée à la réduction des émissions de carbone et autres GES.

Habitation solaire

3/4 d'heure de rayonnement solaire suffirait à la consommation d'énergie de la planète durant une année. Influencé par le passé et tourné vers l'avenir, le bâtiment démonstrateur est un modèle d'habitation solaire unique avec pas moins de 6 technologies différentes de récupération d'énergie solaire intégrées.

Récuperation thermique

L'énergie solaire peut également être directement récupérée comme source de chaleur. Deux produits sont développés par les équipes de Solutions Composites et intégrés à la CompoHouse :

• AZTEC®, un capteur d'air pariéto-dynamique, de type système mur Trombe, préchauffant l'air injecté
• une cheminée solaire, utilisant la colonne thermique pour rafraichir l'air intérieur.

Systèmes de production d'électricité

Les constructions doivent produire plus d'électricité qu'elles n'en consomment. Les matériaux composites permettant d'associer résistance mécanique à légèreté des composants. Le bâtiment démonstrateur disposera de :

• Volets coulissants solaires
• Brise-soleil photovoltaïques horizontaux
• Panneaux solaires
• Capteurs solaires sur les brise-soleil verticaux

En quelques chiffres - Compo ou Sun House ?

Avec près de 14 kWh/an de production d'énergie sur ce bâtiment, le CompoHouse pourra assurer la consommation annuelle (à surface équivalente de 130m²) de :

• 2.5 maisons labellisées « BBC – effinergie »
• 8 maisons « Passivhaus »

Une véritable petite centrale à énergie verte, non seulement en auto production mais qui, connectée aux réseaux (Smart Grid), conduit tout droit vers la révolution énergétique de demain : l'énergie partagée.

Cheminée thermique AZTEC®

Illustration du « bio mimétisme », ce sont les grottes des Navajos dans le désert du Nevada qui nous ont inspirés : la cheminée thermique exploite des principes physiques simples mais très efficaces…!

Le principe :

On va surchauffer l'air dans la cheminée en haut (vitrage et surface sombre) pour créer un différentiel de température et donc de pression dans la colonne d'air. L'extracteur en tête va accélérer la veine d'air chaud pour l'extraire de la pièce. En hiver ... On referme le clapet isolant !

Capteur thermique à air AZTEC®

Capteur thermique à air pariéto-dynamique de type « mur trombe », ce bloc a été conçu pour réactualiser et intégrer harmonieusement ce procédé très ingénieux : concentrer derrière un vitrage le rayonnement solaire pour le transformer en un flux d'air chaud. La chaleur produite sera exploitée et « injectée » directement dans le bâtiment, ou sera stockée dans des masses d'inertie propres au bâtiment pour être restituée plus tard, pendant la nuit. Le procédé introduit l'idée d'une fonction solaire active, à faible coût d'investissement et intégrée architecturalement.

Les avantages :

• Simplicité et robustesse
• Rapidité et fiabilité du montage
• Performances techniques de haut niveau : très bonne isolation de l'ensemble, composants de qualité pour un COP (Coefficient de Performance) supérieur à 4 (celui d'une bonne pompe à chaleur)
• Performance économique avec un retour sur investissement très rapide à l'égard du rapport performances thermiques/montant d'investissement

C'est le propre de tous les produits de la marque AZTEC®.