Brochure HEPIA Ra&D inPACT mai 2023

Institut inPACT

inPACT

Institut du paysage, d’architecture, de la construction et du territoire - inPACT

La convergence des compétences de l’institut inPACT dans les domaines de l’Architecture, de l’Architecture du paysage, du Génie civil et des Techniques du bâtiment est unique en Suisse romande.

La mission d’inPACT est de développer des solutions innovantes pour l’environnement construit de demain. Interlocuteur privilégié, compétent et neutre des acteurs économiques et des collectivités publiques, il est fortement implanté dans le tissu professionnel et économique.

L’ancrage de l’institut au cœur de l’agglomération du Grand Genève, dont les contraintes territoriales sont particulières, le met au défi de concilier une croissance sur un territoire limité tout en conservant une qualité de vie reconnue au niveau mondial.

Les activités de l’institut s’articulent autour des axes stratégiques suivants :

● construction et développement durable

● énergie, bâtiment et territoire

● gestion et organisation des projets de construction et d’aménagement

● hydraulique urbaine et territoriale

● paysage, nature et ville

InPACT valorise la composante paysagère et environnementale comme référent commun et indicateur du projet territorial. Au travers de ses diverses activités de recherche appliquée et de mandats, l’institut intègre les questions spécifiques liées à la durabilité, l’écologie, la performance des structures porteuses, l’économie, les énergies renouvelables, au Smart building et au développement des ouvrages innovants.

Bernd Domer Professeur HES, Responsable institut inPACT bernd.domer@hesge.ch

Solution Rénovation

Fiches et recensement typologiques du parc immobilier genevois

Lionel Rinquet, Aline Geiger, Sarah Delmenico, Luca Cardinale

Descriptif

Le projet consiste

i) à établir un atlas typologique constructif et architectural du parc de logements collectifs genevois de 1946 à 1990,

ii) à produire pour chaque type une fiche d’orientation proposant deux scénarios détaillés de rénovation énergétique avec estimation du gain énergétique et des coûts d’intervention,

iii) à mettre à disposition un recensement permettant de géolocaliser les immeubles par type, par année de construction et par performance et agent energétiques.

Points forts

Les fiches et le recensement sont utilisés par des collectivités publiques (communes, SIG, Office cantonal de l’énergie) et des régies immobilières dans une démarche proactive pour

i) identifier les bâtiments prioritaires pour une rénovation énergétique,

ii) informer leurs propriétaires sur le potentiel d’économie énergétique (sauts de classe CECB) et sur des scénarios possibles ou probables de rénovation de leurs immeubles afin de les inciter à entreprendre des travaux de rénovation ambitieux.

La première étape du projet visait à analyser et caractériser le parc de logements collectifs genevois de l’après-guerre à la fin du 20ème siècle, qui représente une grande partie de la surface de référence énergétique du canton candidate à la rénovation. Ce travail a permis de mettre en évidence neuf archétypes constructifs et architecturaux qui prédominent sur le territoire genevois et pour lesquels des stratégies de rénovation différenciées peuvent être élaborées.

Dans une deuxième étape, chaque type a fait l’objet d’une étude de cas permettant de proposer et de chiffrer un ou deux scénarios détaillés de rénovation énergétique globale pour l’enveloppe du bâtiment. Le résultat est explicité via des fiches de bonnes pratiques sous forme de triptyque mises à disposition des collectivités publiques et des régies immobilières. Ces fiches servent à présenter aux propriétaires les différentes options qui s’offrent à eux en fonction du type de bâtiment qu’ils possèdent.

Dans un troisième et dernier temps, un recensement à l’échelle du canton de Genève a été mené afin de rattacher l’ensemble des immeubles de la période concernée à l’un des types préalablement définis. Ces données, combinées à d’autres informations issues du SITG (indice de dépense de chaleur, époque de construction, agent énergétique), sont reprises dans une interface cartographique offrant la possibilité de géolocaliser les immeubles selon leur type ou un filtre combinant les différentes caractéristiques des bâtiments.

Le croisement des données typologiques et énergétiques permet d’identifier les bâtiments prioritaires en matière de rénovation énergétique et d’initier un dialogue proactif avec leurs propriétaires sur la base des fiches de bonnes pratiques avec pour objectif de les inciter à lancer des projets de rénovation ambitieux et respectueux de la substance architecturale des bâtiments.

Recensement typologique du parc immobilier genevois (extrait)

Légende

1 - Fiche type 6 (exemple), page 1

2 - Fiche type 6 (exemple), page 2

3 - Fiche type 6 (exemple), page 3

Valorisation

Les fiches de bonnes pratiques sont mises à disposition du public sur les sites Internet des partenaires du projet (SIG et Office cantonal de l’énergie). Elles sont utilisées par les collectivités publiques et par les régies immobilières dans leurs démarches auprès des propriétaires. Le recensement géolocalisé doit faire l’objet d’une mise en ligne via une couche du Système d’Information du Territoire à Genève (SITG) accessible au public.

www.hesge.ch/hepia/recherche-developpement/ projets-recherche/solution-renovation

Places de jeux et nature

Catalogue d’exemples et recueil de propositions

Eric Amos, Ewa Renaud, Brice Goyard, Thibault Brütsch

Descriptif

Dans l’objectif de favoriser l’intégration de la nature dans les places de jeux en ville, le groupe de recherche « Technique et Paysage » d’HEPIA a été mandaté conjointement par la Ville et le Canton de Genève pour produire un catalogue d’exemples et une méthode permettant de qualifier une place de jeux dans son rôle pédagogique de sensibilisation à la nature. Cette recherche permettra aux différents acteurs publics et privés de tenir compte des bonnes pratiques dans leurs futurs aménagements d’espaces dédiés aux jeux.

Points forts

Plusieurs axes constituent la relation « jeu et nature » : la biodiversité, la matérialité, le paysage, les activités et les usages ainsi que la planification et la participation. Dans le catalogue d’exemples, il est intéressant de prendre connaissance de quelques places emblématiques de cette relation au vivant. La méthode d’évaluation quant à elle, basée sur l’étude de deux sites dans un contexte différent (cours d’école et parc de quartier), permet de mesurer la qualité des projets, existants ou futurs, sur leur potentiel de relation à la nature.

Cette étude est le prolongement et le développement de travaux d’étudiant·e·s d’HEPIA en architecture du paysage qui ont réfléchi à la réalisation d’aménagements urbains où la nature au sens large en fait partie intégrante ; en particulier pour les espaces de jeux.

En effet, le fait que les places de jeux ont un impact important sur la vie sociale, il est intelligent de les utiliser pour faire passer des messages de sensibilisation aux problématiques auxquelles la nature doit faire face, comme par exemple la biodiversité.

Les différentes recommandations présentes dans ces fiches offrent un panel non exhaustif de possibilités en expliquant pour chacune les avantages et les inconvénients.

Une typologie des éléments pour apporter la dimension « nature » est développée dans le guide, ce qui permet de définir une liste non exhaustive d’éléments forts, favorables à l’accueil de la biodiversité tout en répondant aux exigences d’usages du lieu, tels que des structures végétales, des revêtements perméables, une matérialité durable, le rapport au paysage, etc.

Un outil sous la forme d’un tableau synthétique offre la possibilité d’évaluer le potentiel d’un ou plusieurs éléments forts, déjà présents ou proposés dans le projet, et vient conclure ce travail qui pose les bases d’une réflexion à poursuivre en relation avec tous les acteurs de l’espace public.

De quelle nature parle-t-on et comment l’intégrer dans les lieux et les activités dédiés au jeu ?

© Brice Goyard

Légendes

1 - Le diagramme, un outil d’évaluation de la qualité du rapport à la nature

2 - Végétal, matérialité et paysage, quand la nature se prête au jeu

visuels :

© HEPIA / Eric Amos et Thibault Brütsch

Valorisation

Le catalogue d’exemples et la méthode d’évaluation des qualités des places de jeux et de leur rapport à la nature sont disponibles sur demande auprès du groupe de recherche « Technique et Paysage » à HEPIA. Une version électronique est librement consultable sur internet.

www.hesge.ch/hepia/recherche-developpement/ projets-recherche/places-jeux-et-nature

Mubersec

Murs en pierres sèches à Genève, une pratique « durable »

Eric Amos, Margaux Bielmann, Kenzo Paul Julian

Descriptif

À l’image des pratiques ancestrales, l’objet de la recherche est de tester l’opportunité de bâtir en puisant dans les gisements issus de la déconstruction et proposer une forme actualisée de l’utilisation des matériaux disponibles afin de valoriser le travail et l’énergie déployés antérieurement, dans un esprit de frugalité et d’économie de moyens. Autant de solutions vertueuses et reproductibles qui ont été expérimentées avec succès sur deux sites : Lullier et Bernex.

Points forts

• Inventaire descriptif restreint des murs en pierres sèches du sud du canton de Genève

• Le mur en pierres, un milieu propice et favorable à la présence de biodiversité dans les murs

• Inventaire des sources de matériaux, gravières et carrières du bassin genevois

• Construction de prototypes de murs « composites » selon la technique de pierres sèches

La technique de construction en pierres sèches retrouve toute son actualité au regard des attentes actuelles en termes de biodiversité, économie de moyens et identité régionale. Mais qu’en est-il à Genève, de quel patrimoine parle-t-on et comment concilier pratiques vernaculaires et respectueuses de l’environnement avec les modes de constructions actuels et l’inscription de ces ouvrages dans le paysage ?

Dans le canton de Genève, la recherche de la présence de murs n’a pas permis d’identifier spécifiquement des ouvrages en pierres sèches sur les documents cartographiques ni dans la littérature. Une campagne de repérage basée sur la consultation de partenaires professionnels et un arpentage du territoire du sud du canton de Genève ont permis de confirmer la quasi-absence d’assemblage en pierres sèches.

De nombreux murs patrimoniaux, de soutènement ou de limite, sont observables en milieu rural, mais tous maçonnés avec des degrés variables d’état de dégradation. Plus celle-ci est avancée, plus l’apparence du parement et ses fonctions se rapprochent des murs en pierres sèches sans pour autant en réunir tous les aspects, mais en offrant une réelle opportunité d’accueil pour une certaine forme de biodiversité.

La méthode de construction qui emploie le mortier de chaux ou le mortier bâtard (mélange ciment et chaux) s’explique par le fait que ces ouvrages vernaculaires peu élaborés sont faits de l’appareillage de pierres majoritairement alluvionnaires qui ont pour origine les dépôts laissés par les glaciers en plaine. Leur disponibilité due à l’épierrage des champs, leur proximité des cours d’eau et la facilité d’exploitation sont la meilleure explication à leur utilisation fréquente.

Lorsque l’on s’approche des massifs du Jura et du Salève, l’apparition des pierres calcaires se fait plus fréquente sans que pour autant l’assemblage à sec soit la règle du fait de la forme peu favorable à l’assemblage (polyforme) et requérant un effort élevé pour tailler la pierre.

Bernex, le mur s’inscrit dans le site, symbiose homme / nature / paysage

© Florentin Schneider

Légendes

1 - Explorer les carrières et les décharges de matériaux pierreux offre des perspectives de réemploi très importantes.

2 - Exemple de mur en pierres assemblé sans liant, constitué d’une diversité de pierres et de béton issus de la démolition et appareillé selon les principes de la construction en pierres sèches.

3 - Le chantier de démolition, un gisement pour la fourniture de matériaux destinés à la reconstruction d’un mur selon le principe de l’appareillage à sec.

visuels :

© HEPIA / Eric Amos et Alex Verhille

Valorisation

• Un recueil constitué de 10 fiches descriptives et illustrées d’ouvrages géolocalisés sur le territoire, vernaculaires ou actuels, illustre le potentiel de réalisations favorables à l’environnement et dans le respect du cycle vertueux des matériaux.

• Une liste non exhaustive des carrières et gravières où se procurer les matériaux.

Librement consultables en format électronique sur internet :

www.hesge.ch/hepia/recherche-developpement/ projets-recherche/mubersec

Equipement particulier

La réalisation de tels ouvrages requiert de l’expertise. La formation s’effectue via la participation à des ateliers de construction menés conjointement avec des partenaires spécialistes :

• Formateur / constructeur de murs en pierres sèches (Felsenfalter à Berne)

• Ecologue, Atelier Nature et Paysage (ATNP Sàrl à Genève)

• Technique et Paysage pour le concept et l’intégration au paysage (TEP- institut inPACT, HEPIA, HES-SO Genève)

Impulse - SUBSURFACE

Une gestion des données optimisée pour l’exploitation du sous-sol

Groupe MIC / Bernd Domer, Kamel Adouane, Fabian Boujon

Descriptif

Le projet centralise la gestion des données liées aux espaces souterrains et les valorise afin d’améliorer leur exploitation, leur visualisation et les processus de prise de décision qui en dépendent. Une fois établie, la caractérisation volumique des objets permet de vérifier si les contraintes spatiales de type distance minimale ou restriction de passage sont bien respectées. Ce projet fera ainsi évoluer les outils de planification urbaine.

Points forts

• Etablissement d’une ontologie complète des objets souterrains.

• Transfert des objets souterrains issus d’une base de données GIS dans une base de données RDF (triple store).

• Processus automatisé de complétion du positionnement et de l’emprise volumique des objets.

• Analyse et indication d’incertitude sur le positionnement et la géométrie des objets.

• Étude de l’encombrement du sous-sol dans le but d’optimiser son exploitation.

Soutenu par l’agence suisse pour l’encouragement de l’innovation (Innosuisse), le projet « Impulse – SUBSURFACE » ouvre la porte de l’ère digitale aux données numériques nécessaires pour la planification et l’exploitation du sous-sol. Les objets du sous-sol répertoriés incluent les éléments naturels de type racines des arbres. Les objets non naturels regroupent les réseaux utilitaires, les sous-sols planifiés ou existants des bâtiments, les installations géotechniques, les tunnels et les tranchées couvertes. Les restrictions de droit public à la propriété foncière sont également considérées.

Une nouvelle structuration des données permettant l’interopérabilité des données GIS et des données BIM est mise en avant et intègre les processus de correction, de complétion et d’analyse de précision. Un jeu de règles de correction et de complétion vient s’ajouter aux règles de construction définies dans les normes et permet de produire la géométrie de chaque objet.

L’introduction d’un indice de confiance associé à chaque objet modélisé permet de fixer des limites de tolérance relatives à son emplacement. Il est également utilisé pour établir un taux de complétion global des objets dans chaque zone. Basé sur un modèle stochastique, cet indice interprète soit les données numériques présentes soit les informations non numériques de précision. La calibration du modèle a été réalisée grâce à l’apport des données réelles par les Services Industriels de Genève.

Un moteur de validation de règles permet de vérifier si les objets existants respectent les bonnes pratiques énoncées dans les règles de pose et d’optimiser la mise en place des nouveaux objets. Un ensemble de plusieurs centaines de règles officielles a été sélectionné dans les recueils de normes pour les constructions en sous-sol.

Réseaux souterrains existants, quartier de Praille-Acacias-Vernets. © Topomat technologies SA ; UNIGE ; MIC (HEPIA)

Légendes

1 - Vue d’ensemble des objets dans la zone de Cornavin. © MIC (HEPIA)

2 - Représentation des objets physiques avec leur enveloppe. © Topomat technologies SA ; UNIGE ; MIC (HEPIA)

3 - Réseau d’eau potable. © MIC (HEPIA)

4 - Partie en sous-sol des bâtiments. © MIC (HEPIA)

5 - Vue d’ensemble des objets dans la zone de Praille-Acacias-Vernets. © Topomat technologies SA ; UNIGE ; MIC (HEPIA)

6 - Visualisation de l’encombrement avec des cubes de différentes couleurs. © Topomat technologies SA ; UNIGE ; MIC (HEPIA)

Valorisation

Adouane, K. ; Boujon, F. ; Domer, B. Digital Modelling of Underground Volumes, Including the Visualization of Confidence Levels for the Positioning of Subsurface Objects. Appl. Sci. 2021, 11, 3483. https://doi.org/10.3390/app11083483

Adouane, K. ; Boujon, F. ; Domer, B. Qualifying spatial information for underground volumes. EG-ICE 2021, 28th International Workshop on Intelligent Computing in Engineering, Berlin, Germany.

Partenaires

• Partenaire industriel : Topomat technologies SA

• Partenaires académiques : HEPIA et UNIGE

• Partenaires d’implémentation :

- Etat de Genève (Direction de l’Information du Territoire, Office de l’Urbanisme, Office des transports, Office de l’Energie, Office de l’Eau) ;

- Services Industriels de Genève

Descriptif

Avec la végétalisation de sa toiture et de ses façades, le projet d’enveloppe végétale sur le bâtiment GIBOR des HUG s’inscrit dans l’esprit du programme Nature en Ville instauré par l’Etat de Genève. Les effets du réchauffement climatique et les îlots de chaleur sont devenus une réalité. Repenser la ville et notamment la qualité de ses constructions en y intégrant la nature représente une opportunité pour améliorer le cadre de vie et le bien-être des habitants et des usagers, tout en leur offrant tous les services rendus par la biodiversité.

Points forts

• Diminution de l’accumulation de chaleur par les toitures et les façades.

• Fixation des micro-polluants et diminution de la réverbération.

• Diminution de la température de l’air en journée comme de nuit.

• Effet « éponge » des toitures qui retiennent l’eau des précipitations au service du végétal et de la qualité de l’air tout en limitant la surcharge des réseaux.

• Points relais pour la biodiversité, insectes, abeilles sauvages, oiseaux...

• Création d’un maillon dans la continuité écologique des espaces verts existants.

• Création d’un environnement agréable pour les citoyens.

• Intégration de la construction à son contexte urbain et social.

Façades et toitures végétales du projet

GIBOR – un relais de biodiversité au sein de la ville dense

Eric Amos, Nicolas Orange, Thibault Brütsch

Ce projet est un exemple de la complémentarité voulue entre pédagogie et recherche appliquée dans les HES. Un projet d’étudiant·e·s a permis dans un premier temps d’explorer différents concepts techniques et végétaux. Ensuite, l’une des propositions retenue par le maître d’ouvrage a été développée par le groupe de recherche Technique et Paysage (TEP). L’enjeu de ce projet consiste à créer un relais de biodiversité sur l’enveloppe d’un bâtiment implanté dans un désert minéral et qui n’a pas été conçu ainsi. Concevoir une construction végétalisée englobant toitures et façades est une performance technologique qui permet de répondre aux enjeux écologiques et climatiques de la ville dense.

Une typologie des différents supports a été développée afin de s’adapter aux performances thermiques des façades tout en les préservant. Le dessin de la structure inspirée de la dendromorphologie constitue à faire un lien entre le sol et la toiture afin de favoriser la biodiversité.

Prendre d’assaut la façade, telle est la vocation des deux espèces végétales choisies : le lierre, garantie d’une force tranquille et persistante et la vigne vierge caduque, qui représente la flamboyance, la fulgurance de la croissance et la renaissance.

Une végétation rudérale prend place au pied des façades en s’installant dans un sol constitué de matériaux graveleux récupérés sur les toitures. Ainsi, leur exportation en décharge ne sera pas nécessaire selon le principe retenu de la valorisation des matériaux sur site.

Un jardin d’ombre dans un renfoncement de toiture vient offrir une chambre végétalisée destinée prioritairement aux occupants des bureaux dont les fenêtres donnent sur les murs borgnes de la nouvelle construction.

La toiture extensive joue son rôle de relais de la biodiversité et offre une capacité de rétention des eaux météoriques qui contribue à la bonne gestion des eaux de pluie et à l’amélioration climatique.

Une végétalisation de façade et de toiture qui contribue à établir un dialogue dans la continuité écologique des espaces existants

Légendes

Partir à l’assaut de la façade sur un support structuré et structurant :

1 - 1e année

2 - 3e année

3 - 5e année

4 - Faire le lien de la bio-diversité, du sol à la toiture

5 - Micro paysage de fraicheur révélé au personnel hospitalier

6 - Eclairage sculptural, éclairement indirect de l’espace public, préservation de la luminosité pour les parties hautes

Valorisation

De la conception au suivi de la réalisation, ce projet représente non seulement un terrain d’exercices et d’observations emblématique d’une pédagogie innovante et appliquée typiquement HES et d’une recherche fortement ancrée dans des besoins citoyens. La conception de la structure, sa matérialité, son système d’ancrage et d’assemblage feront l’objet d’une présentation dans la cadre de conférences sur les façades végétalisées. Le concept de végétation rudérale expérimentale fera l’objet de suivi comparatif avec un mélange grainier testé sur le site de Lullier.

Équipement particulier

• Une structure en acier inoxydable de profil standard avec système d’ancrage à articulations et rupture de pont thermique.

• Un système de végétalisation des toitures intensif et extensif, avec natte de rétention d’eau météorique et système d’irrigation automatique.

Bâtiments multifonctionnels

Paola Tosolini, Denis Clément, Ricardo Lima (HEPIA), Sabine Emad (HEG)

Descriptif

La séparation des fonctions architecturales qui a marqué l’urbanisme et l’architecture du siècle passé, se révèle aujourd’hui inadaptée pour répondre aux défis posés par le développement durable. Via une analyse multidisciplinaire de la notion de « mixité programmatique », ce projet questionne le modèle du bâtiment monofonctionnel. A l’issue du projet, un guide adressé aux maitres d’œuvre et d’ouvrage permettra de les orienter vers des choix programmatiques optimisés.

Points forts

• Véritable réflexion multidisciplinaire sur l’enjeu de la mixité programmatique dans le bâtiment.

• Inventaire des potentiels générés par les combinaisons des divers programmes des bâtiments.

• Outil concret d’accompagnement pour le maître d’ouvrage dans l’établissement du cahier des charges en vue de réaliser un bâtiment multifonctionnel répondant aux besoins personnels, professionnels ou sociétaux de tous les utilisateurs tout en optimisant son fonctionnement énergétique.

Ce projet de recherche vise à investiguer les potentialités du bâtiment multifonctionnel à Genève comme l’une des réponses possibles aux défis du développement durable en ville.

La notion de mixité programmatique, bien planifiée dès la phase d’avantprojet permet de mutualiser des fonctions de locaux offrant ainsi à chaque programme des espaces et fonctionnalités supplémentaires. L’intégration anticipée de la notion de multifonctionnalité permet non seulement de diminuer les coûts de construction de même que les frais de gestion et d’entretien en optimisant ainsi le rapport qualité/coût du bâti mais contribue également à augmenter de façon significative la qualité des lieux de travail et de vie.

Sur la base de cahiers de charge de concours d’architecture en Suisse ayant des programmes divers (résidentiels, sociaux, administratifs, commerciaux, industriels, hôteliers, touristiques, culturels, etc.) le projet propose à l’aide d’un système de matrices d’inventorier les potentiels générés par les combinaisons d’usages inédits des différentes catégories de bâtiments. Différents paramètres sont pris en compte tels que l’optimisation de la structure porteuse, l’intégration des énergies renouvelables mais aussi la prise en compte de nouveaux modes de gestion mutualisés du bâtiment pour aboutir à de nouveaux types architecturaux innovants. Une analyse de l’adaptabilité des exigences légales relative à la conception multifonctionnelle sera également développée.

Les combinaisons de programmes les plus performantes selon des critères interdisciplinaires seront soumises à un échantillon représentatif des acteurs du bâtiment multifonctionnel. Cette étude de marché permettra de hiérarchiser leurs préférences et de les intégrer dans un guide à l’attention des maîtres d’ouvrage.

Partenaires

FTI (Fondation pour les Terrains Industriels) ; OCEN (Office Cantonal de l’énergie – République et canton de Genève) ; DT (Département du Territoire) ; PPDU (Plateforme de développement urbain de la HES-SO//Genève).

Bâtiment multifonctionnel. Étude / Paola Tosolini @MADE/TP-HEPIA

Un guide sur les potentiels de la mixité programmatique pour la ville durable

Reno-Ve

Outil de pilotage pour la rénovation d’un parc immobilier

Lionel Rinquet, Reto Camponovo, Victor Guillot

Descriptif

Le projet Reno-Ve a consisté à développer pour une fondation immobilière de droit public genevoise un outil de pilotage permettant au conseil de fondation de déterminer des priorités d’intervention en matière de rénovation à l’échelle de son parc immobilier. Cet outil innovant se base sur une approche multicritères, incluant divers aspects tels que les questions de vétusté, le social, la consommation d’énergie, le rendement mais aussi le potentiel de rénovation, la densification et la transition énergétique.

Points forts

Le projet a été développé sur la base du portefeuille de la fondation, composé de 18 bâtiments, caractérisés par une grande hétérogénéité. L’outil de pilotage qui en est issu est simple et totalement transparent. Il permet de poser des bases objectives pour la réflexion que tout propriétaire de parc immobilier ne devrait pas manquer de se poser, dans un souci de bonne gestion, afin d’assurer la pérennité de son portefeuille d’immeubles et leurs transitions vers plus de durabilité.

Lors de la première étape du projet, dix critères d’analyse ont été définis pour être appliqués au parc immobilier, cinq d’entre eux concernant l’état actuel de l’immeuble, et cinq autres relatifs à son potentiel :

Etat actuel

Enveloppe

Structure

Installations techniques

Consommation d’énergie

Rendement économique

Potentiel

Aptitude à la rénovation

Densification

Transition énérgétique Photovoltaïque

Gestion des occupants

Quatre grandes options stratégiques ont été proposées, qui peuvent être combinées et pondérées :

• Énergie (accent sur les économies d’énergie et la transition vers les énergies renouvelables).

• Vétusté (actions en fonction du degré de vétusté).

• Facilité (focus sur les cas où une intervention pose peu de problèmes techniques et humains).

• Optimisation économique (accent sur les bâtiments en fonction de leurs performances économiques).

La deuxième étape a été la collecte de données et les visites techniques des bâtiments de la fondation. Un rapport détaillé a été établi pour chacun d’entre eux, basé sur les critères ci-dessus. Cette étape s’est avérée très utile, car elle offrait ainsi au conseil d’administration une vision complète et synthétique de son portefeuille.

La troisième étape, le développement de l’outil de pilotage multicritères, a permis de fournir un système simple, transparent et utilisable en toute autonomie. Il a été développé comme un simple outil Excel, permettant de fixer les priorités des interventions de rénovation en fonction d’une option stratégique spécifique ou d’une combinaison d’options stratégiques.

L’outil de pilotage ne prétend pas automatiser le processus décisionnel, mais donne des indications objectives au propriétaire pour l’aider à prendre des décisions et à passer d’un processus décisionnel au cas par cas à un processus raisonné, intégrant un maximum de critères.

Valorisation

L’outil de pilotage a été livré à la fondation qui va l’utiliser pour établir ses priorités stratégiques et en termes de rénovation. Il pourra également être proposé à d’autres entités propriétaires de portefeuille immobiliers.

Le projet sera présenté à l’occasion du séminaire sur l’état de la recherche du réseau BRENET (building and renewable energy network) à Aarau en septembre 2020.

Underground Étude de faisabilité « Documentation 3D du sous-sol »

Groupe MIC / Bernd Domer, Yacine Benmansour, Alain Dubois

Descriptif

Le projet structure les données liées à la représentation numérique d’objets en soussols et teste leur intégration dans des logiciels d’analyse. La première partie est dédiée à la sélection et la description d’éléments physiques ou virtuels qui constituent les soussols du Canton de Genève. La deuxième partie identifie des alternatives logicielles pour permettre l’import et l’analyse de ces données. Le projet se termine par l’établissement de tests de type « intersections géométriques ».

Points forts

• Élaboration d’une première structuration d’objets souterrains avec leurs attributs, basée sur les résultats d’un workshop interdisciplinaire.

• Définition des orientations de la convergence des systèmes GIS et BIM (GeoBIM, InfraBIM, Geol-IM).

• Expérimentation de l’intégration des objets souterrains dans divers types de logiciels (GIS, DAO+, BIM).

• Développement d’un flux de travail pour l’intégration d’objets souterrains dans un logiciel BIM et détection de conflits spatiaux mutuels.

La densification des villes combinée à la pénurie des espaces constructibles rend les volumes en sous-sols de plus en plus attractifs. Ce développement est freiné par le manque de structuration de données d’objets souterrains ainsi que de leurs qualités. Mandaté par la Direction de l’information du territoire (DIT) du Canton de Genève et par l’Office fédéral de topographie Swisstopo, le projet « Underground » explore les diverses possibilités pour structurer les données existantes et leurs intégrations dans des logiciels d’analyse.

Partant d’un workshop qui a permis d’identifier les cas d’usage, l’étude se base sur le « Système d’Information du Territoire à Genève » (SITG). Le SITG met à disposition un inventaire numérique exhaustif d’objets souterrains. Les éléments du sous-sol qui sont dans un premier temps répertoriés sont les couches géologiques et éléments naturels de type racines d’arbres par exemple (objets naturels). Les objets non naturels (man made objects) sélectionnés, recensent les réseaux utilitaires, les tunnels, les installations géotechniques. Enfin, les restrictions de droit public à la propriété foncière sont intégrées dans le modèle.

Trois possibilités d’importation de données sont identifiées, expérimentées et évaluées :

• Dans un premier temps, les couches numériques du SITG sont explorées puis superposées via un logiciel GIS.

• Une deuxième méthode se réfère à l’exploitation d’un logiciel DAO+, spécialisé en travaux publics.

• Une troisième alternative d’import est proposée au regard de l’utilisation d’une maquette numérique BIM. L’intégration des données dans un logiciel BIM permet par la suite l’utilisation de fonctions pour détecter de potentiels conflits géométriques présents dans les modèles importés.

Réseaux souterrains existants, quartier des Grottes Cornavin ©MIC

Légendes

1 - Installations géotechniques, secteur Cornavin ©MIC

2 - Modèle après classification ©MIC

3 - Intégration des bâtiments avec sous-sols ainsi qu’un tunnel ©MIC

4 - Intégration de l’objet tunnel, et son alignement virtuel (RDPPF) ©MIC

5 - Emprise théorique de racines d’arbres, secteur PAV ©MIC

6 - Modélisation géologique, secteur PAV ©MIC

Valorisation

• Du BIM pour le sous-sol ? Domer B. (2019), CadastreRevue spécialisée consacrée au cadastre suisse 31:26-28

• Projet Underground avec des données BIM / géographiques à Genève, Benmansour Y., Domer B., Dubois A., 3DGI - la conférence sur la géoinformation 3D, Muttenz, 29.08.2019

• Digital Construction Permit: A Round Trip Between GIS and IFC, Chognard S., Dubois A., Benmansour Y., Domer B., Advanced Computing Strategies for Engineering, p. 287-306, Proceedings of the 25th EG-ICE Workshop, Lausanne, 10.-13.06.2018

Synergies entre rénovation énergétique et densification

Lionel Rinquet

Descriptif

L’étude eRen1 a démontré que des rénovations énergétiques de bâtiments étaient techniquement faisables dans le respect de leur substance architecturale. Le bilan économique de telles opérations, qui a également été évalué, est nettement moins concluant. eRen2, mené conjointement avec la HEIA-FR (Prof. S. Schwab) a pour but d’explorer les synergies qui pourraient naître en cas de combinaison de projets de densification et de rénovation de l’existant, aux niveaux énergétique, d’usage et économique.

Points forts

Le projet eRen2 se situe à la convergence de politiques publiques : la protection du territoire par la densification de l’habitat existant et la transition énergétique du bâti existant. Mettre en œuvre des projets permettant d’atteindre ces deux objectifs semble une évidence. Pourtant, le nombre de projets de rénovation-densification n’a pas explosé au cours des dernières années. eRen2, basé sur des scénarios développés sur 6 bâtiments réels, a permis d’identifier les contraintes et les moteurs pour réaliser de tels projets.

Le projet eRen2 utilise comme cas d’étude les mêmes immeubles de rendement qu’eRen1, typiques de la construction de logements collectifs de 1945 à 1990. Les questions sont les suivantes :

• Quel est le potentiel de densification des immeubles, au niveau structurel, constructif, spatial et réglementaire ?

• La densification permet-elle de réduire la consommation d’énergie par m2 au-delà d’une rénovation simple ?

• Les revenus supplémentaires générés par la densification permettent-ils d’améliorer le rendement par rapport à une rénovation simple ?

Après avoir défini des scenarios génériques de densification, une combinaison de scenarios a été appliquée à chacun des 6 immeubles, en fonction de critères spatiaux, urbanistiques et constructifs. Finalement, les scénarios ont été développés constructivement et chiffrés (coût et énergie).

Conclusions

La réglementation urbanistique est une barrière majeure à la densification. Sur 6 scenarios, seul 1 pourrait être envisagé sans dérogation importante, et 4 sur 6 bénéficient de droits acquis qu’ils perdraient peut-être en cas de projet de densification-rénovation.

La baisse de la consommation d’énergie par m2 de SRE (surface de référence énergétique) est réelle lors d’une densification-rénovation par rapport à une rénovation d’enveloppe simple. Toutefois, l’écart demeure trop faible pour justifier en soi, d’étendre le projet à une densification. Financièrement, la densification-rénovation est systématiquement perdante lorsque l’on compare les options de statu quo, rénovation simple et rénovation-densification. Cependant, la méthode utilisée (discounted cash flows) est très sensible au taux d’escompte. En extrapolant sur des taux d’escompte plus bas, conformes aux prévisions du marché actuel plutôt qu’aux taux de ces dernières années, la situation change drastiquement.

Cas d’étude eRen2 et scenarios de densification étudiés

Valorisation

Le projet eRen2 fait l’objet d’une publication, disponible sur demande. L’étude a été présentée lors des événements suivants :

• Congrès BRENET à l’ETH de Zurich en septembre 2018

• Présentations de projets des programmes thématiques HES-SO à Sion en juin 2019

• Smart living lab lunch à Fribourg en juin 2019

Elle sera également présentée à Bern en octobre 2019 (avec des conclusions étendues) dans le cadre du congrès Advanced Building Skins.

ReperSion

Guide des revêtements perméables de la Ville de Sion

Eric Amos, Brice Goyard, Thibault Brütsch

Descriptif

De sorte à favoriser les actions en faveur de l’amélioration du climat urbain, le groupe de recherche « Technique et Paysage » d’HEPIA a été mandaté par la Ville de Sion pour produire un guide sous forme de fiches de recommandations pertinentes pour un retour à une perméabilité des sols et l’amélioration de l’albédo pour lutter contre les ilots de chaleur en ville.

Points forts

• Améliorer la perméabilité des sols urbains et réduire les îlots de chaleur.

• Garantir que les revêtements et les sols assument un rôle d’« éponge » vis-à-vis des eaux météoriques pour éviter la surcharge des réseaux et des cours d’eau tout en contribuant à alimenter les nappes phréatiques.

• Prendre en compte l’intégration des revêtements dans un cadre historique et paysager.

• Contribuer à la création de milieux adaptés à la biodiversité en ville et favorables à la végétation.

Ce guide a pour ambition d’accompagner la conception ou la réhabilitation d’un espace urbain à l’aide de 9 fiches relatant les avantages et les inconvénients de divers types de revêtements du point de vue du climat urbain.

En fonction des objectifs climatiques et des exigences du lieu, le guide permet, grâce à une typologie développée et détaillée, de fournir une aide permettant de cibler le meilleur choix, voire le meilleur éventail de possibilités de revêtements.

Etant donné l’importance d’une bonne perméabilité des sols, il est nécessaire d’intégrer la réflexion sur la conception des revêtements dès le début du projet. Que le matériau soit du béton, de l’enrobé, du bois ou encore de la pierre naturelle, il est généralement possible de définir une mise en œuvre favorable à l’infiltration des eaux météoriques et l’amélioration de l’albédo. Les différentes recommandations illustrées et décrites dans les fiches présentent un panel non exhaustif de possibilités.

Lorsqu’il n’est pas possible d’utiliser des revêtements perméables et/ou semi-perméables, il existe des alternatives et des mesures de compensations en appliquant, lors de la conception, des propositions selon la formule « Éviter, Réduire, Compenser », qui constitue la doctrine des naturalistes appliquée à l’amélioration du climat urbain.

Une conception des revêtements qui contribuent à une meilleure gestion des eaux de pluie.

Légende

1 - « Éviter, Réduire, Compenser », formule appliquée à la gestion des eaux météoriques

visuels :

© HEPIA / Brice Goyard

Valorisation

Ce guide, constitué de 9 fiches de recommandations pour des actions en faveur de la perméabilité des sols en milieu urbain, est destiné à être publié en format papier par la ville de Sion et à être inséré dans le recueil des 16 fiches traitant des aménagements extérieurs de la ville de Sion. Le guide des revêtements perméables de la ville de Sion est disponible en ligne et peut être consulté librement.

www.hesge.ch/hepia/recherche-developpement/ projets-recherche/repersion

PlantaSion

Guide des aménagements extérieurs de la Ville de Sion

Eric Amos, Christian Betti, Romain Legros, Alex Verhille, Géraldine Wälchli

Descriptif

La Ville de Sion a proposé aux étudiants en architecture du paysage d’HEPIA de faire des propositions d’aménagements bénéfiques à la qualité de vie en ville. Le groupe de recherche « Technique et paysage » d’HEPIA a ensuite été mandaté pour réaliser un guide sous la forme de 16 fiches de recommandations. L’objectif est de sensibiliser les acteurs privés à l’importance et à la complexité de l’aspect environnemental dans ses interactions avec la ville pour améliorer la qualité du climat urbain.

Points forts

Trois axes ont été identifiés : le végétal, le sol et l’eau, pour lesquels il est envisageable de mettre en place rapidement des actions locales dans un contexte privé. Seize fiches thématiques développent ces trois axes offrant des principes d’aménagements respectueux de l’environnement et de l’homme, visant à sensibiliser, pas à pas, tous les acteurs aux bienfaits des services écosystémiques apportés par la nature en ville.

La problématique des îlots de chaleur en ville est devenue une préoccupation majeure de même que les principes de développement durable et leurs bienfaits font l’objet d’une demande sociale forte. Aujourd’hui, 80% des habitants suisses sont citadins et les espaces privés en ville représentent avec les espaces publics, de réelles opportunités de porter la nature au cœur de la ville. En effet, le choix des matériaux et leur mise en œuvre, les plantes utilisées et leur mode d’entretien, le respect et la valorisation du sol et de l’eau, sont déterminants pour le développement d’écosystèmes favorables à notre cadre de vie.

L’axe « végétal » aborde la question de la biodiversité en recommandant la composition de haies constituées d’espèces adaptées aux conditions locales et l’installation de plantes couvre-sol ou de pelouses favorables aux pollinisateurs et sans besoin de pesticides. Ainsi, planter des arbres fruitiers, pailler son jardin potager, valoriser ses déchets domestiques par le compostage sont autant de pratiques vertueuses et garantes de qualité. Par ailleurs, la présence des arbres et leur capacité à rafraîchir l’atmosphère par l’ombrage et l’évapotranspiration sont également des vecteurs de bien-être doublés de repères patrimoniaux de première importance. Ils doivent être identifiés, respectés, préservés et renouvelés.

L’axe « sol » traite de la question de la fragilité du sol, en rendant les particuliers attentifs à la nécessité de favoriser sa porosité et à son rôle en tant que réservoir d’eau et de substrat vital pour le développement des végétaux.

L’axe « eau » recommande de composer avec le cycle naturel de l’eau pour la mettre en valeur et profiter de ses bienfaits. Collecter et stocker l’eau de pluie et épurer les eaux grises dans le but de pouvoir arroser son jardin, c’est soulager les réseaux et minimiser les risques d’inondations en aval et faire ainsi également des économies de ressources.

La nature en ville, une réponse à la demande d’amélioration climatique et de qualité de vie © HEPIA / TEP, Technique & Paysage

Valorisation

Ce guide destiné à des propriétaires privés sera publié en format papier par la ville de Sion, notamment dans le cas des demandes d’autorisation de construire. Il sera aussi édité sous une forme électronique pour en faciliter la diffusion au plus grand nombre. Une opération d’information auprès des services concernés de la ville est planifiée pour aider les collaborateurs à s’approprier ces nouveaux documents de travail.

Légendes

1 - Les bienfaits des toitures et des façades végétalisés.

© HEPIA / TEP, Technique & Paysage

B. Domer, Y. Benmansour, A. Dubois, S. Chognard, E. Torri

Descriptif

L’état de Genève planifie la mise en place d’une politique du numérique en créant une « Administration en Ligne » (AeL) performante. Un élément est l’accélération du traitement des demandes d’autorisation de construire par une dématérialisation de la procédure. La technologie BIM (Building Information Modeling) dispose du potentiel d’optimisation du traitement des demandes définitives. Son format d’échange standard IFC assure l’interopérabilité entre divers types de logiciels.

Points forts

Le format d’échange est un fichier texte relativement léger, encapsulé de façon à ce que l’ensemble des logiciels BIM puissent le lire et le générer. De plus, la technologie BIM permet de condenser dans ce format les données nécessaires et suffisantes à l’élaboration d’une demande d’autorisation de construire définitive. Enfin, le format IFC prend en charge les problématiques de gestion des différentes versions et de traitement centralisé via des plateformes variables.

Cette étude de faisabilité s’appuie sur la modélisation des données, son transfert et sa capitalisation dans le cadre des demandes d’autorisation de construire définitives. De plus, l’étude prospecte également l’interopérabilité entre des données géographiques issues du Système d’Information du Territoire Genevois (SITG) et des données de constructions issues du BIM.

Les « workpackages » réalisés ont testé la faisabilité d’un passage du tout papier vers un modèle tout numérique dans le but d’optimiser les traitements et les prises de décisions. En effet, contrairement aux logiciels de DAO, le BIM traite des attributs supplémentaires à la géométrie et permet donc de stocker des paramètres alphanumériques essentiels à la formulation d’une demande d’autorisation.

Les paramètres peuvent être requêtés et filtrés. Les requêtes permettent aux différents services intervenant dans le processus d’accéder exclusivement aux données les concernant sans devoir interpréter le modèle dans sa globalité. Ceci implique par contre que les données soient saisies selon des règles fixées à l’aide de gabarits spécifiques aux différents logiciels utilisés pour construire des données BIM. Les données sont extraites selon une grille représentée par un « Model view definition » (MVD). Les MVDs ont été créés individuellement pour les logiciels les plus répandus sur le marché. La faisabilité et la pertinence du circuit des données des logiciels SITG – BIM – SITG ont pu être démontrées.

Étude de faisabilité visant un traitement numérique des informations nécessaires pour la procédure de demande d’autorisation de construire

Dématérialisation de la procédure de traitement des demandes d’autorisation de construire.

Valorisation

• Optimisation du temps de traitement

• S’inscrit parfaitement dans les divers projets lancés dans le cadre de la gouvernance BIM

• Traite la thématique de la convergence des systèmes GIS et BIM (dit GeoBIM)

• Création d’un prototype d’enrichissement de données SITG par un intermédiaire BIM

Equipement particulier

Logiciels utilisés dans le cadre de démonstrateur : Revit 2017, Archicad 2017, model viewer de Solibri

Gestion des données sur BIMserver installé sur un serveur linux Ubuntu équipé de TomCat

Transformation de données : FME

Informations territoriales : SITG

Les processus de serveur ont été initiés sur une machine serveur Ubuntu équipé de TomCat.

Les processus autres ont été initiés sur une Workstation 64 bits sous Windows 7 disposant de plus de 12go de RAM.

Serious Game & Innovation pédagogique

Une mise en pratique innovante des notions de gestion de projet en génie civil à travers un Serious Game

Bernd Domer, Stefano Riboni, Elie Torri

Descriptif

Afin d’expérimenter de façon tangible le contenu de l’enseignement en gestion de projet, une solution innovante consiste à l’élaboration d’un scénario transposé en « jeu sérieux » auquel l’étudiant est convié à participer. Il se retrouve alors immergé dans une succession de décisions / répercussions, avec pour objectif de satisfaire le client en menant à bien le projet dans les délais impartis.

Cette simulation, ludique et prenante, offre une première expérience quant aux aléas d’un chantier.

Points forts

• Nécessite simplement une connexion internet

• Ludique

• Encourage le travail d’équipe

• Oblige les étudiants à prendre des décisions par rapport à leur analyse subjective des situations (sans forcément avoir toutes les clés)

• Offre une première expérience aux étudiants de la diversité des problèmes rencontrés au cours de la réalisation d’un projet

• Permet à l’enseignant de suivre le travail des étudiants, avec divers outils d’évaluation mis à disposition sur la plateforme du Serious Game

Bien que d’une manière générale ce soient les architectes qui sont chargés de gérer la planification d’un projet de construction, il est opportun que les futurs ingénieurs civil soient sensibilisés aux problématiques et enjeux qui en découlent, pour être plus à même de comprendre ce qui se passe à l’échelle de la maîtrise d’ouvrage.

Or, pour des étudiants principalement attirés par des sujets à caractère technique, il peut être intéressant de procéder par une approche différente du cours magistral. C’est ce qui est proposé par le biais du Serious Game : un jeu de simulation de gestion de projet en ligne, ou le participant endosse le rôle du chef de projet, et doit gérer les différentes phases de son avancement.

Le scénario est entièrement pensé et développé par l’enseignant. Il se base sur des données concrètes : on imagine la construction d’un immeuble en région genevoise, l’organisation du projet est cadrée et des plans sont fournis. De nombreuses situations sont imaginées, dans lesquelles plusieurs décisions sont proposées, chaque prise de décision s’accompagnant de répercussions sur les différents indicateurs (satisfaction client et direction, qualité, coûts et délais). Des aléas de chantier sont intégrés, afin de tester la capacité du joueur à réagir face à des difficultés imprévues. Afin de garantir l’exécution dans le budget et les délais impartis, l’étudiant doit ainsi faire preuve d’une bonne maîtrise des notions du cours tout en se montrant perspicace et entreprenant, qualités importantes pour relever les challenges proposées par ce « jeu sérieux ».

Ce support peut ainsi être vu comme un moyen pédagogique innovant, permettant une mise en application concrète du contenu du cours. La première expérimentation auprès des étudiants en 3ème année a abouti à des retours très enthousiastes de leur part.

Ecran de suivi du projet, avec l’état des indicateurs, des dépenses et leur évolution

Valorisation

L’utilisation du Serious Game représente une innovation pédagogique dans l’apprentissage de la gestion des projets de la construction. Les participants doivent prendre des décisions dans un environnement dynamique. Ils sont obligés d’émettre des hypothèses pour justifier leur choix. Le scénario peut s’utiliser pour la formation en management des architectes et ingénieurs.

Equipement particulier

Pour les joueurs, il suffit de disposer d’un accès internet, de créer un compte sur albasim.ch et de recevoir le code de la partie à jouer par l’administrateur, rôle échu à l’enseignant. Le scénario de la partie peut être édité uniquement si l’enseignant possède les droits de scénariste.

Urban Solar Skin (USS)

Potentiel solaire actif et passif sur les façades d’immeuble

G. Desthieux, C. Carneiro, N. Abdennadher, A. Boulmier et R. Camponovo (hepia), C. Ellert (HES-VS), E. Morello (Politecnico Milano), S. Freitas (FCUL-Lisbonne)

Descriptif

USS se place dans le contexte d’une valorisation intense de l’énergie solaire dans le tissu bâti, non seulement sur les toitures, mais aussi sur les façades, afin de répondre aux objectifs énergétiques et climatiques de la Suisse. Il s’inscrit à la suite du cadastre solaire élaboré sur un plan horizontal (toitures et territoire) à Genève et vise à développer une méthode et un outil pour analyser l’irradiation solaire sur les façades d’immeubles en recourant aux outils de GIS 2.5D et 3D et de modélisation solaire.

Points forts

• Outil intégré et performant calculant le potentiel solaire sur les toitures, le terrain (toitures/couverts potentiels) et les façades d’immeubles grâce aux outils GIS 2.5D et 3D.

• Approche géomatique innovante pour modéliser en 3D les façades à partir de modèle numérique de surface en 2.5D (approche par hyperpoints).

• Recours au cloud computing permettant une analyse du potentiel solaire sur un large territoire (plusieurs km2).

• Dispositif de visualisation 3D du résultat d’irradiations solaires sur les façades en vue d’une valorisation plus intensive des façades.

Urban Solar Skin (USS) est un projet financé dans le cadre du programme de recherche du domaine Ingénierie & Architecture (HES-SO) et du sousprogramme Energy District 2050, et co-financé par les Services industriels de Genève (SIG) et l’Office cantonal de l’énergie (OCEN). Il s’inscrit dans un partenariat scientifique international : hepia, HES-VS, Ecole polytechnique de Milan, Faculté des sciences de Lisbonne.

USS se place dans le contexte d’une valorisation intense de l’énergie solaire dans le tissu bâti, non seulement sur les toitures, mais aussi sur les façades, afin de répondre aux objectifs énergétiques et climatiques. En effet, les nouvelles technologies solaires PV sont particulièrement compatibles au niveau technique et architectural avec une valorisation active de l’énergie solaire sur les façades (selon le concept de BiPV).

USS fait suite au projet du cadastre solaire élaboré sur un plan horizontal (toitures et territoire) à Genève. Il propose un outil intégré analysant le potentiel solaire non seulement sur les toitures mais aussi sur les façades (Image 1), dans le but de sensibiliser, communiquer et inciter à la valorisation des façades selon différents modes possibles : solaire actif (PV), ou passif tenant compte du micro-climat urbain.

Si le calcul de l’irradiation solaire sur le terrain et les toitures se base sur un modèle numérique de surface (MNS) en 2.5D issu de relevés LiDAR, alors le calcul sur les surfaces doit intégrer la 3D au sens strict afin de modéliser la surface des façades. Cela est effectué en se basant sur le MNS 2.5D et en générant un ensemble de points (appelés ‘hyperpoints’) le long des façades entre le bord des toitures jusqu’au terrain (cf. Image 2). Le calcul d’ombrage et d’irradiation solaire se fait ensuite sur chacun des points des façades.

Légendes

1 - Irradiation solaire annuelle sur les toitures et les façades dans un quartier à Meyrin à Genève

2 - Génération d’hyperpoints le long des façades à partir du MNS 2.5D (bord toitures) et du MNT (terrain)

Valorisation

L’outil USS a fait l’objet d’un test pilote sur un large territoire du Canton de Genève (12 km2). Selon les résultats de cette phase, il sera possible d’élargir l’analyse et de proposer un cadastre solaire des façades sur une grande partie du Canton (zones urbanisées). Dans le cadre de la planification énergétique territoriale, les applications des résultats du cadastre solaire sont multiples :

• identification des façades à haut potentiel, notamment dans les zones d’activités et industrielles,

• implications sur le marché immobilier en redéfinissant la valeur des bâtiments par rapport à leur potentiel énergétique solaire en toiture et sur les façades,

• évaluation de l’apport solaire passif (bilan énergétique),

• leviers d’actions pour les collectivités pour inciter à l’accroissement de l’installation de panneaux solaires à travers différentes mesures et actions.

Equipement particulier

Les scripts développés Java permettent de calculer l’irradiation horaire à partir de données météorologiques en tenant compte des ombres portées. Les valeurs horaires d’irradiation sur plan horizontal sont issues de Meteonorm (v7) qui établit des valeurs statistiques à partir des données mesurées à Genève-Cointrin sur la période 1985-2005. Les outils de système d’information géographique, tels que ArcGIS, permettent de traiter les données d’altitude issues du LiDAR pour reconstituer le modèle en 2.5D (toitures) et 3D (façades) du territoire. De plus, dans une phase de post-traitement, ces outils permettent aussi de produire les indicateurs utiles pour la communication et l’aide à la décision.

Enfin, dans la perspective des mises à jour régulières du cadastre solaire (selon le développement du bâti), une optimisation informatique des scripts permet de les exécuter sur des plateformes de Cloud computing accélérant ainsi le temps de calcul.

eRen - Rénovation énergétique

Approche globale pour l’enveloppe du bâtiment

L. Rinquet, G. Rey, R. Camponovo, P. Gallinelli, D. Varesano (HEPIA), S. Schwab (HEIA-FR), S. Citherlet (HEIG-VD), G-A. Morand (HEVS)

Descriptif

Le projet eRen vise à développer des outils d’aide pour proposer différentes solutions de rénovation énergétique pour les enveloppes d’immeubles de logement en Suisse romande. A partir de l’analyse de dix études de cas concrètes représentatives des typologies constructives et architecturales marquantes du 20ème siècle, il tente de favoriser une approche équilibrée prenant en compte considérations énergétiques, patrimoniales et économiques.

Points forts

• Dresser un inventaire des différentes typologies constructives existantes en Suisse romande.

• Proposer des solutions de rénovation exhaustives, réalistes et chiffrées servant de bases de travail pour les acteurs de la rénovation thermique du bâtiment.

• Porter une réflexion plus large sur le marché de la rénovation thermique en mettant en évidence ses forces et faiblesses.

L’assainissement énergétique des immeubles d’habitation est un enjeu majeur de la stratégie énergétique 2050 de la Confédération suisse. Malgré la volonté politique, le taux de rénovation énergétique reste relativement limité et le rythme ne semble pas s’accélérer. Parmi les obstacles les plus fréquents on peut indiquer le coût des travaux, le faible prix de l’énergie, les difficultés techniques, les questions patrimoniales, la disponibilité de spécialistes qualifiés, ou la pénurie de logements.

Les interventions ponctuelles sans vision d’ensemble sont la norme. Lorsqu’un projet complet est mené à bien, il se résume souvent à une mise à jour des installations techniques, un remplacement des fenêtres et une isolation périphérique. Ces solutions éventuellement valables sur le plan énergétique posent souvent des questions constructives, de respect du patrimoine, de physique du bâtiment ou encore de durabilité.

L’étude eRen part du postulat que le parc bâti de Suisse romande se décline en différentes typologies constructives, témoins d’époques et de modes de construction différents, qui participent à l’identité de la ville et méritent chacune un traitement particulier afin d’en préserver au mieux les qualités. eRen propose donc un travail sur l’enveloppe des bâtiments basé sur une approche globale et interdisciplinaire cherchant le meilleur équilibre entre efficience énergétique, aspects constructifs et de physique du bâtiment, économie, co-bénéfices et co-pertes et valeur patrimoniale.

En développant des outils d’aide et de réflexion pour la rénovation énergétique des principaux types d’immeubles d’habitation en Suisse romande, le projet constitue un cadre de référence accessible aux principaux acteurs pour leur permettre d’agir ensemble avec efficacité dans le cadre d’une rénovation énergétique tout en tenant compte des valeurs d’usage et culturelles du bâtiment à rénover.

Extraits des façades des 10 bâtiments étudiés. © hepia / leea

Légendes

1 - Façade d’un bâtiment étudié.

© hepia / leea

2 - Rez-de-chausse présentant un fort potentiel d’isolation. © hepia / leea

3 - Thermographie d’une façade-rideau métallique. © hepia / leea

4 - Installation d’un dispositif de mesure de valeur U sur la toiture d’un bâtiment.

© hepia / leea

5 - Stratégie d’intervention à l’échelle d’un bâtiment. © hepia / leea

6 - Stratégie d’intervention à l’échelle d’un détail constructif. © hepia / leea

Valorisation

L’étude, de par son exhaustivité, permet de sensibiliser différents acteurs professionnels actifs en rénovation thermique (propriétaires, régies, services de l’énergie et des constructions, ingénieurs conseils, architectes) aux questions patrimoniales et de préservation du tissus bâti. L’étude est également valorisée dans le cadre de l’enseignement de la construction à l’hepia (haute école du paysage d’ingénierie et d’architecture) et l’heia-fr (haute école d’ingénierie et d’architecture de Fribourg).

Equipement particulier

• Mesure des valeurs U de différents éléments de construction sur des bâtiments témoins grâce à l’installation de dispositifs de mesure in situ.

• Bilans thermiques des bâtiments sur logiciel.

• Modélisation du comportement thermique de détails de construction sur logiciel.

Tosa 2

Conception d’un mât pour une station de charge de bus électrique

Lionel Rinquet, Nicolas Brun, Kinn Galeuchet, Théo Mandanis, Giovanni Salvador, Nicolas Simard, Loic Simon

Descriptif

Le projet Tosa 2 s’inscrit dans un projet plus large qui vise à développer l’utilisation de bus électriques à recharge rapide, sur le réseau genevois. Il s’attache au développement du système de recharge « flash » de grande capacité qui doit alimenter en courant les bus électriques lors de leurs arrêts.

Points forts

• Conception d’un mât métallique pour supporter une station de charge rapide.

• Intégration des équipements électriques dans le paysage urbain.

• Collaboration étroite avec les différents mandataires et initiateurs du projet.

• Collaboration avec un bureau d’ingénieur civil pour le dimensionnement structurel.

Le projet Tosa est né d’un consortium d’entreprises (TPG, OPI, SIG, ABB) ayant pour ambition de développer un bus électrique pour le réseau de transport public genevois. Hepia participe activement au déroulement de ce projet, en particulier dans le domaine de la conception des structures qui doivent prendre place aux différents arrêts pour approvisionner les bus en énergie électrique. Cette collaboration a déjà donné naissance au projet TosaStruct qui consistait en la conception d’un élément préfabriqué en béton fibré ultra performant, remplacé par une structure métallique dans le déploiement du système.

Dans le cadre du projet Tosa 2, des étudiants en architecture, génie civil et en architecture du paysage ont conçu le mât métallique comme support d’un bloc chargeur capable d’alimenter les bus en courant électrique lors de leurs arrêts, ainsi que les armoires d’installations techniques et l’intégration du tout sur les arrêts de la ligne 23 des TPG. Toutes les contraintes permettant à ce projet de s’inscrire dans une certaine réalité ont été considérées : contraintes structurelles, urbanistiques, techniques, esthétiques, etc. Le mât métallique a fait l’objet d’études plus approfondies, entre autres avec un bureau d’ingénieurs civils, pour préciser certains points de sa conception et le rendre réalisable.

Projet du mât métallique par les étudiants de hepia.

Légendes

1 - Montage photo du mât métallique par les étudiants de hepia.

2 - Bus électrique à sa station de recharge. © abb.ch

3 - Coupe sur une station de recharge.

4 - Plans d’exécution du mât métallique.

Valorisation

• Articles de presse.

• Collaboration étroite avec les différents partenaires et initiateurs du projet.

• Collaboration avec un bureau d’ingénieurs civils pour le dimensionnement structurel et l’étude de faisabilité.

• Participation au think tank « Transports en commun » du DETA.

• Pédagogie, ateliers interdisciplinaires CEN.

Equipement particulier

• Logiciel de simulation des structures SCIA.

TosaStruct

Calcul et réalisation de deux éléments préfabriqués en béton

fibré ultra performant (BFUP)

Bernd Domer, Michel Noverraz

Descriptif

Le projet TosaStruct a étudié l’utilisation d’un matériau novateur dans des conditions difficiles. Il s’agit d’un béton fibré ultra performant (dit BFUP). Ce matériau possède plusieurs qualités qui le rend attractif pour une réalisation particulière : une résistance élevée à la compression et à la traction et une excellente qualité de la surface démoulée.

Points forts

• Tests en laboratoire de la résistance du BFUP à la compression et à la traction.

• Validation de l’utilisation de pigments colorés pour ce matériau.

• Tests de mise en place du BFUP pour des coffrages d’une géométrie complexe.

• Réalisation de deux éléments préfabriqués pour l’utilisation dans le cadre du projet TOSA.

Le consortium TOSA (www.tosa2013.com) développe actuellement la prochaine génération de bus électriques. Au lieu d’être lié à une ligne de contact comme pour le système des trolleybus aujourd’hui en service, le consortium propose des bus avec des batteries très puissantes. Ces batteries sont rechargées aux arrêts de ligne dans un temps record : environ 15 secondes uniquement.

Pour prouver la fiabilité de la technologie, le consortium a projeté une ligne de test entre la gare CFF de l’aéroport et Palexpo. Cette ligne à nécessité deux potences de recharge. L’emplacement d’une de ces potences sur le viaduc de l’aéroport avec une capacité de charge réduite et sans possibilité d’ancrage au sol fut un véritable challenge pour les ingénieurs d’hepia.

L’application d’un matériau novateur, le béton fibré ultra performant (BFUP), était la solution. La résistance élevée de ce matériau à la traction et à la compression a permis de réduire l’épaisseur des parois de la potence par un facteur 3 et en conséquence, dans la même proportion, le poids propre. Aucune armature passive n’était nécessaire pour renforcer la structure. Avant la production des deux potences en éléments préfabriqués, plusieurs tests en laboratoire ont été menés afin de s’assurer des caractéristiques du matériau.

Les deux éléments préfabriqués d’une géométrie complexe et d’une hauteur de plus que 4 m ont été coulés en une seule fois. La conception du coffrage à du tenir compte des pressions importantes du béton frais ainsi que de la rétraction des éléments formant l’évidement pour éviter une fissuration pendant la phase de prise du ciment.

Après la mise en place des potences de recharge, la ligne a pu être inaugurée en présence de la conseillère fédérale Doris Leuthard et plusieurs conseillers d’état le 26.05.2013.

Légendes

1 - Ajout des fibres métalliques à la masse cémenteuse du béton.

2 - Coffrage pour le test de fluidité du matériau et des différents aspects de surface.

3 - Essai de la résistance à la flexion.

4 - Coffrage de l’élément pendant la préfabrication.

5 - Arrêt « Palexpo » avec potence de recharge et abri.

6 - Arrêt « gare CFF aéroport » lors de l’inauguration le 26.05.2013 en présence de Doris Leuthard, conseillère fédérale.

Valorisation

Publications

• UHPFRC 2013, Proceedings of the RILEM-fib-AFGG International Symposium on Ultra High Performance Fibre-Reinforced Concrete, Marseille, 2013, « Construction of two precast power units in UGPFRC »

• Dimension 2/2013, magazine pour la clientèle de l’entreprise Holcim

• hepianews 8/2013

• Présentation à la journée de la recherche hepia 2013

Equipement particulier

• Les équipements de test du LEMS (laboratoire des essais des matériaux et des structures, voir fiche séparé).

• Logiciel de simulation des structures.

Essais de comportement des éléments de façade des gares du CEVA à échelle 1 : 1

Lionel Rinquet, Reto Camponovo, Peter Gallinelli, Miguel Sanchez, Damien Varesano, Eric Vittecoq, Martina Zsely Schaffter

Descriptif

Le projet H-CEVA a testé en grandeur nature le comportement des éléments vitrés en double peau compacte respirante imaginés pour les façades des gares du CEVA par le groupement des ateliers Jean Nouvel. hepia, mandatée par l’entreprise Hevron SA a mené, en collaboration avec Beaud Ingénierie Sàrl, l’analyse de l’atmosphère interne des éléments (l’évaluation des risques de condensation et d’encrassement et la rédaction de consignes d’entretien pour l’exploitant). Les partenaires ont ainsi contribué à perfectionner le prototype en vue de la production en série.

Points forts

• Implication sur un projet phare de l’agglomération genevoise.

• Elaboration d’un protocole d’essai, essais et mesures de comportement sur un système de façade novateur (double peau compact en régime 100% extérieur).

• Test sur les filtres à poussières contenues dans les éléments de façade par exposition in situ et analyse en laboratoire.

Le consortium SHZ, piloté par Hevron SA, réalise les façades qui habilleront les cinq gares du CEVA. Au cœur du projet architectural, ces façades sont composées d’éléments de double peau compacte respirante intégrant plusieurs couches de verres qui réagissent aux conditions météorologiques de manière complexe.

Deux campagnes d’essais se sont déroulées conjointement.

La première a consisté à mesurer durant quatre mois les paramètres physiques de trois prototypes à l’échelle 1:1 installés sur le site de la future gare des Eaux-Vives à Genève. Le monitoring du renouvellement d’air, des températures et de l’humidité à l’intérieur et l’extérieur des éléments a permis de vérifier leur comportement dans des conditions météorologiques variées, d’analyser les risques de formation de condensation et de salissures sur la surface intérieure des verres et d’affiner le système en vue de la production en série.

La deuxième a étudié l’efficacité des filtres anti-poussières assurant la « respiration » des éléments. Un caisson métallique muni de verres et de filtres installé dans la gare de l’aéroport de Cointrin a permis de reproduire par circulation d’air de manière accélérée l’encrassement des filtres et le dépôt des suies ferroviaires sur les verres. Ces suies ont été récoltées sur les verres et ont fait l’objet d’analyses par le service analytique du département TIN (technologies industrielles) d’hepia pour les quantifier et les qualifier.

La synthèse des essais a permis d’évaluer objectivement les risques d’encrassement des éléments de façade et de proposer des prescriptions de maintenance à l’usage de l’exploitant, le but étant de minimiser les coûts d’entretien en cycle de vie.

Eléments prototypes installés à la gare des Eaux-Vives. © hepia / leea

Légendes

1 - Montage des sondes dans les éléments en atelier chez Hevron SA. © hepia / leea

2 - Condensation intérieure résultant de l’ombre portée de la croix de Saint-André.

© hepia / leea

3 - Grandeurs physiques mesurées.

© hepia / leea

4 - Caisson de test installé à Genève Cointrin.

© hepia / leea

5 - Verres intégrés au caisson de test.

© hepia / leea

6 - Filtre testé en accéléré. © hepia / leea

Valorisation

Les essais ont permis d’appréhender par le biais d’une analyse des grandeurs physiques le comportement d’éléments respirants de double peau compacte en milieu 100% extérieur ce qui constitue une nouveauté dans le domaine de la façade et contribue à réduire significativement les coûts en cycle de vie de l’ouvrage. L’expertise et l’expérience acquise par l’équipe d’hepia durant ce projet ont été valorisées auprès des entreprises du consortium de constructeurs et serviront également au titre de la pédagogie.

Equipement particulier

• Sondes de température et d’humidité.

• Sondes de mesure de concentration de CO2.

• Caisson étanche en aluminium avec ventilateur pour recréer des conditions d’encrassement accélérées des filtres à poussières.

• Spectrométrie de fluorescence X et spectrométrie infrarouge (TIN).

Centre de compétences transfrontalier pour le suivi et la planification des quartiers durables

Gilles Desthieux, Annick Hmidan-Kocherhans

Descriptif

Le projet INTERREG IVAsQUAD s’inscrit dans un contexte de multiplication des projets transfrontaliers d’aménagement qui font face à des méthodes, des pratiques et des législations différentes. Il a pour finalité de stimuler les réseaux d’acteurs suisses et français autour d’une réflexion sur les projets d’urbanisme durable et de créer avec leur collaboration des centres de compétences au niveau des territoires transfrontaliers, permettant un suivi et le pilotage sur le long terme des quartiers durables.

Points forts

• Déployer et enrichir l’observatoire transfrontalier Eco-Obs des écoquartiers.

• Formaliser et valider des lignes directrices pour soutenir activement les opérateurs dans la planification et la réalisation de quartiers durables / « écoquartiers ».

• Organiser des formations afin de renforcer les compétences des professionnels.

• Structurer et pérenniser des centres de compétences régionaux.

Si les porteurs politico-administratifs des projets urbains sont en majorité sensibilisés aujourd’hui aux enjeux du développement urbain durable, ils se sentent souvent démunis pour les intégrer de façon cohérente dans les projets d’aménagement aux différents stades (appel à projets pour les plans de quartier, concours, mandats d’étude parallèle, etc.). Des outils, des labels, des référentiels existent, qui permettent d’évaluer de façon factuelle les projets de quartiers durables, mais ne suffisent pas en eux-mêmes à soutenir le processus de planification. En effet, ce processus requiert un outil de pilotage intégrant les diverses étapes de développement du projet ainsi que l’implication des différentes parties prenantes. Ces besoins ont été notamment mis en évidence dans les contextes transfrontaliers suisses et français lors du projet Interreg IVA « Eco-Obs: observatoire transfrontalier des écoquartiers », mené entre 2009 et 2012. De tels besoins ont motivé le montage d’un nouveau projet Interreg IVA

- sQUAD, piloté par la HES-GE / hepia (CH) et INES-Plateforme évaluation et formation (F) qui associe des partenaires académiques, privés, et du monde associatif. Il a démarré en janvier 2014 et s’achèvera durant l’été 2015.

Le projet sQUAD a pour finalité de stimuler les réseaux d’acteurs suisses et français autour d’une réflexion sur les projets d’urbanisme durable et de créer avec leur collaboration des centres de compétences au niveau des territoires transfrontaliers, permettant un suivi et le pilotage sur le long terme des quartiers durables.

Cela implique:

• de déployer l’observatoire Eco-Obs et de capitaliser du savoir sur les processus en cours de construction de quartiers durables sur des territoires transfrontaliers (le Grand Genève, l’Arc Jurassien, le Valais et le Chablais, la région de Chambéry et celle de Grenoble);

• de formaliser sur cette base des lignes directrices pour l’accompagnement d’opérateurs urbains dans le processus de planification de quartiers (assistance à maîtrise d’ouvrage ou AMO en France);

• de favoriser des échanges d’expériences et de savoir-faire entre les acteurs techniques et politiques;

• d’organiser des formations visant à mettre sur pied des démarches de co-apprentissage à partir de cas pratiques et de références théoriques reconnues.

En résumé, le projet proposé vise à répondre effectivement et de manière opérationnelle aux besoins des collectivités et des acteurs privés. Il ne se limite pas au déploiement d’un simple outil d’observation, mais contribue au développement d’un réseau de compétences et de savoir-faire au service des maîtres d’ouvrage.

Légendes

1 - Ecoquartier « Eikenott » réalisé à Gland (VD).

2 - Ecoquartier d’ « Ecovela » à Viry - France.

3 - Image de synthèse du futur écoquartier des Vergers à Meyrin.

4 - Territoires sQUAD.

Valorisation

Treize quartiers pilotes ont été analysés par le biais des outils proposés par l’observatoire (grilles d’évaluation selon Quartier durables/Sméo en Suisse, Label Ecoquartier en France, dispositif d’analyse des processus de planification sous l’angle du pilotage et de la gouvernance). Les retours d’expériences de ces analyses ont permis d’identifier les critères incontournables communs entre la France et la Suisse dans la perspective d’un pilotage stratégique, et de développer les lignes directrices guidant le processus de planification et la composition des quartiers durables.

Analyse du potentiel solaire sur les toitures et les façades. Application au cadastre solaire du canton de Genève

Gilles Desthieux (hepia), Claudio Carneiro (EPFL), Eugenio Morello (Politecnico di Milano), Nabil Abdennadher (hepia)

Descriptif

Trois chercheurs d’institutions académiques différentes ont développé un outil « SIG-solaire » qui a été mis à disposition de la présente étude sur le canton de Genève. Il permet d’évaluer de façon systématique l’irradiation solaire accessible sur le territoire et particulièrement le potentiel de production énergétique sur les toits et les façades des bâtiments. Il se base sur les données météorologiques locales ainsi que sur les données géographiques facilement disponibles, par exemple au travers du Système d’information du territoire genevois (SITG).

Points forts

• Cartographie du potentiel solaire de façon systématique et automatique sur un large territoire, en s’appuyant sur les données 3D des bâtiments.

• Communication au public sur le potentiel solaire des toitures.

• Gain de temps dans les avant-projets d’installation de panneaux solaires (nombreux déplacements in situ évités).

• Découverte du potentiel solaire sur d’autres objets que les faces de toits (sur le terrain par exemple abris/car-ports, parkings, etc.).

L’outil proposé est issu d’un travail interdisciplinaire mettant en synergie un certain nombre de compétences et de techniques dans les domaines de la télédétection, des systèmes d’information géographique (SIG) 2D et 3D, de l’analyse d’images, et des indicateurs environnementaux. Il permet d’évaluer l’irradiation solaire sur le territoire à différentes échelles temporelles avec une précision et une fiabilité tout à fait satisfaisantes pour les besoins énoncés par les mandants; ceci grâce à la reconstitution précise du territoire en 3D au travers des données aéroportées LiDAR et à une intégration des différentes sources d’ombrage.

L’ombrage sur la composante directe de l’irradiation est évalué à chaque heure d’une journée type à partir d’un voisinage proche (bâti, arbres), ou lointain (relief). Le facteur d’ombrage sur la composante diffuse peut être approché par le Sky view factor, qui analyse le degré de visibilité ou la non-obstruction dans le demi-hémisphère centré sur un point donné, selon le principe du « Fisheye ».

Les résultats bruts d’irradiation sont ensuite traités, dans une phase de post-traitement, dans des outils SIG pour produire des indicateurs utiles pour la communication et l’aide à la planification et à la décision : statistiques d’irradiation par toiture, ratios d’ombrage, parties des toitures productives, potentiels de production énergétique thermique et électrique sur les toitures et les façades.

Irradiation solaire sur la ville de Genève.

Légendes

1 - Ecoquartier « Eikenott » réalisé à Gland (VD).

2 - Ecoquartier d’ « Ecovela » à Viry - France.

3 - Image de synthèse du futur écoquartier des Vergers à Meyrin.

4 - Territoires sQUAD.

Valorisation

L’outil SIG-solaire a pu être mis en œuvre afin d’élaborer le cadastre solaire sur tout le canton de Genève, sous mandat de l’Office cantonal de l’énergie (OCEN) et des Services Industriels de Genève (SIG), notamment grâce aux puissances de calcul et au traitement spatial systématique et automatisé propre aux SIG, tout en gardant une grande précision d’analyse (pixel de 0.5 m) nécessaire à une analyse fine de l’irradiation solaire sur les toitures. Dans le cadre de la planification énergétique territoriale, les applications des résultats du cadastre solaire sont multiples :

• implications sur le marché immobilier en redéfinissant la valeur des bâtiments par rapport à leur potentiel énergétique solaire en toiture et sur les façades,

• évaluation de l’apport solaire passif (bilan énergétique),

• leviers d’actions pour les collectivités pour inciter à l’accroissement de l’installation de panneaux solaires à travers différentes mesures et actions.

Equipement particulier

Les scripts développés Java permettent de calculer l’irradiation horaire à partir de données météorologiques en tenant compte des ombres portées.

Les valeurs horaires d’irradiation sur plan horizontal sont issues de Meteonorm (v6.1) qui établit des valeurs statistiques à partir des données mesurées à GenèveCointrin sur la période 1980-2000.

Les outils de système d’information géographique, tels que ArcGIS, permettent de traiter les données d’altitude issues du LiDAR pour reconstituer le modèle en 2.5D (toitures) et 3D (façades) du territoire. De plus, dans une phase de post-traitement, ces outils permettent aussi de produire les indicateurs utiles pour la communication et l’aide à la décision.

Enfin, dans la perspective des mises à jour régulières du cadastre solaire (selon le développement du bâti), une optimisation informatique des scripts permettra de les exécuter sur des plateformes de Cloud computing accélérant ainsi le temps de calcul.

3D Mobility

Simulation de foule en situation de mobilité intermodale

Groupe mip / Olivier Donzé, Yacine Benmansour

Descriptif

Suite à une décision du Canton de Genève de requalifier le réseau des transports en commun horizon 2012, il nous a été demandé d’évaluer la capacité des aménagements de certaines interfaces de transport à absorber le flux d’usagers (en situation de transbordement) et d’évaluer les risques sécuritaires liés à la future mise en service.

Points forts

• Visualiser les tables de matrices en 3D.

• Identifier les zones accidentogènes.

• Tester les propositions de mobilité.

• Disposer d’un référentiel.

• Bénéficier d’outils de vulgarisation et d’aide à la décision.

La simulation de foule en situation de mobilité intermodale combine les données d’ingénieurs de différents services de la ville et du canton pour être représentées en 3D. Une partie importante des données provient du Système d’Information du Territoire Genevois (SITG) et des experts en transport. Concrètement, il s’agit de mettre en place un simulateur permettant l’observation des comportements piétons, du trafic urbain et l’analyse itérative de divers scénarios de déplacement au cœur d’une interface de transport multimodal.

La représentation de mouvements de foules est un exercice très complexe. Le phénomène étant très aléatoire, il doit néanmoins s’adapter à certaines règles de régulation du trafic. Il implique par conséquent la gestion d’une multitude d’éléments en interaction permanente dans un espace-temps bien défini.

La simulation en cours est un projet pilote car il confronte pour la première fois les études réalisées par différents groupes d’ingénieurs.

La simulation proposée ne peut en aucun cas prétendre fournir des réponses clé en main, ni reproduire le phénomène avec exactitude. Elle permet néanmoins de proposer un outil d’aide à la décision très performant car dynamique et itératif. Il offre la possibilité d’observer des mouvements de foule en interaction directe avec les réseaux des transports en commun et les réseaux mécaniques. http://mip.hesge.ch

Légendes

1 - Le réseau de tramway genevois (DGM).

2 - Matrice de calculs d’ingénieurs mobilité (CITEC et TPG).

3 - Matrice de feu de signalisation (Service de la voierie, ville de Genève).

4 - Visualisation sur la raquette de Plainpalais.

5 - Visualisation sur la station Plainpalais.

6 - Visualisation sur la station Bel-Air.

Valorisation

• Présentation aux élus du canton de Genève

• Présentation au salon Imagina 2010 Monaco

• Présentation au salon Telecom 2011 Palexpo Genève

• Présentation au salon SIG Versailles 2010

• Présentation au salon Geosummit à Bern 2011

• Présentation au salon IFLA à Zurich 2010

Equipement particulier

• Logiciel de modélisation 3D et de SIG.

Maquette numérique 3D/4D

Générer des socles numériques pour les Grands Projets du Canton de Genève

Groupe mip / Olivier Donzé, Benjamin Dupont-Roy

Descriptif

Actuellement, le canton de Genève planifie dix «Grands Projets» de développement urbain pour répondre aux besoins de logements des habitants, construire des espaces de qualité, réduire les mouvements pendulaires... Le début de chantier étant agendé dès 2015-2018, le groupe mip a été sollicité pour développer des solutions de représentations du territoire et des projets par l’utilisation des maquettes numériques.

Points forts

• Répondre aux besoins des décideurs et des mandataires.

• Insertion des projets d’urbanisme dans une maquette numérique du territoire existant.

• Précision et rigueur des données SIG utilisées.

• Rapidité de mise à jour.

• Réel outil de communication et de concertation.

• Impression du modèle 3D via une imprimante 3D.

• Insertion de l’impression 3D dans une maquette physique.

Les SIG (Systèmes d’information géographique) et la 3D sont devenus des outils indispensables pour la visualisation de données et l’élaboration de projets. Dans le but de répondre aux besoins des décideurs, chefs de projets, et parties prenantes, le groupe mip a développé un modèle de données et des routines d’exécution pour générer les socles de base du territoire en trois dimensions et insérer des projets d’urbanisme et de développement.

Les solutions développées permettent une mise à jour rapide des projets dans le temps pour assurer un suivi à court, moyen et long terme. Au final, la visualisation des projets dans la maquette numérique du territoire sert tant le projet que les décideurs et les habitants, car plus qu’une simple image, la visualisation numérique devient un outil de communication, de concertation et d’aide à la décision dans le cycle de vie du projet.

Plus d’informations sur les «Grands Projets»: http://ge.ch/amenagement/grands-projets

http://mip.hesge.ch

Légendes

1 - Processus de fabrication de la maquette numérique via un logiciel 3D (Cinema 4D).

2 - Maquette blanche du territoire avec courbes topographiques et bâtiments.

3 - Maquette blanche du territoire avec courbes topographiques, bâtiments, arbres et forêts.

4 - Maquette du territoire avec orthophoto en texture.

5 - Maquette du territoire avec plan guide cantonal en texture.

Valorisation

Publications

• Exposition lors de la Quinzaine de l’Urbanisme en septembre 2014

• Utilisation lors de tables rondes pour les Grands Projets

• hepianews 02/2014 sous «Cités numériques»

Equipement particulier

• Logiciel de modélisation 3D, de SIG, et vectoriel.

Maquette virtuelle historique du territoire Suisse

Groupe mip / Olivier Donzé, Alain Dubois, Nedjma Cadi, Damien Dumusque

Descriptif

Le projet se fixe l’objectif d’élaborer une méthode pour la création de maquettes virtuelles 3D historiques du territoire suisse. Cet outil interactif d’analyse et de visualisation permettra entre autres à tous les acteurs de l’aménagement de comprendre très rapidement l’évolution d’un territoire et, ainsi, d’améliorer leurs interventions. Ce sera également un formidable outil de pédagogie pour les étudiants des professions liées à l’aménagement du territoire.

Points forts

• Evolution chronologique du territoire.

• Outils pour la gestion des parcs et espaces plantés.

• Visualisation des étapes de construction et de modification du territoire.

• Rapidité de mise à jour.

• Précision et rigueur des données SIG utilisées.

• Outil de communication.

Il s’agit de développer une méthode pour recréer le paysage depuis 1789 à nos jours. C’est en effet pendant cette période que l’urbanisation en Europe a subi les plus profonds bouleversements. De plus, les données à disposition permettent de recréer fidèlement le paysage en s’appuyant entre autres sur des photos aériennes et des cartes précises.

L’objectif de la recherche est double: trouver la méthode la plus rationnelle possible pour arriver à cette modélisation et stocker les géodonnées obtenues en cohérence avec les sytèmes d’informations du territoire actuels. Pour expérimenter la méthode, le choix de l’aire d’étude s’est porté sur le périmètre du PAV (Praille, Acacias, Vernets) à Genève, ainsi que sur les sites des parcs des Eaux-Vives, de La Grange et de Beaulieu.

http://mip.hesge.ch

Légendes

Valorisation

• Conférences

• Site web

• Présentation journée Ra&D 2014

Equipement particulier

• Logiciel de modélisation 3D, de SIG, documentation historique (plans, textes, ...)

1 - Parc Beaulieu, 1789.

2 - Parc Beaulieu, 1870.

3 - Parc Beaulieu, 2014.

4 - Parc des Eaux-Vives et de La Grange, 1789.

5 - Parc des Eaux-Vives et de La Grange, 1872.

6 - Parc des Eaux-Vives et de La Grange, 2014.

Urba-Mapping Animation de maquettes physiques par vidéo-projection

Groupe mip / Olivier Donzé, Benjamin Dupont-Roy

Descriptif

Dans le cadre de la recherche menée par le groupe MIP sur «les grands projets» d’aménagement du territoire du canton de Genève, en parallèle du travail de production de maquettes 3D, le groupe a mis en place un système mettant en relation des maquettes physiques du territoire et des données 2D des différentes couches du SITG.

Points forts

• Visualisation à grande échelle des planifications urbaines.

• Intéraction avec le visiteur.

• Animation des projets d’urbanisme et de mobilité sur la maquette du territoire existant.

• Rapidité de mise à jour.

• Précision et rigueur des données SIG utilisées.

• Outil de communication et de concertation.

• Projection de n’importe quelle donnée géoréférencée.

• Evolution chronologique du territoire.

Dans le cadre des Grands Projets, le canton de Genève dispose de maquettes physiques du territoire existant à l’échelle 1:1’000, avec la possibilité d’insérer des maquettes des projets à venir sous forme de pièces emboîtables. Les maquettes deviennent alors support de communication, et les nouvelles technologies permettent de projeter et d’animer des données directement sur la maquette physique.

La maquette s’anime par la projection numérique et prend vie. Les différentes couches se calent parfaitement sur le relief et font découvrir de manière dynamique les usages et occupations du territoire passé, présent et à venir. Ce sont les prémisses d’une réelle intéractivité avec le visiteur.

http://mip.hesge.ch

Légendes

1 - Vidéoprojection sur la maquette de Chêne-Bourg / Chêne-Bougeries.

2 - Utilisation lors de l’évènement annuel de l’Office de l’Urbanisme de Genève.

3 - Impression 3D insérée dans la maquette physique.

Valorisation

• Exposition lors de la Quinzaine de l’Urbanisme en septembre 2014

• Utilisation lors des tables rondes pour les Grands Projets

• Utilisation lors des portes ouvertes d’hepia en 2014

Equipement particulier

• Logiciel de modélisation 3D, de SIG et vectoriel, beamers

Eco-OBS

Observatoire transfrontalier des écoquartiers

Ewa Renaud, Gilles Desthieux

Descriptif

Le projet Eco-OBS a débuté en 2009 et s’inscrit dans le cadre du programme européen INTERREG IVA. Ce projet fédérateur entre la France et la Suisse est motivé par la multiplication des projets transfrontaliers d’aménagement qui font face à des méthodes, des pratiques et des législations bien différentes. Il est issu du partenariat entre hepia et le Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) en France.

Points forts

Eco-OBS a pour objectif d’aider à l’élaboration de projets urbains durables en fournissant à leurs porteurs les différents objectifs, enjeux et critères de durabilité à prendre en compte, pour situer leur projet par rapport à d’autres et renforcer leurs compétences à travers une formation adaptée.

Le principe premier de l’observatoire transfrontalier des écoquartiers est de mettre à disposition des porteurs de projets de nouveaux quartiers, ou de quartiers existants en Suisse ou en France, des outils et des éléments pour observer et évaluer leurs quartiers selon une grille d’analyse commune. Il s’agit d’une démarche d’auto-évaluation.

Le projet s’appuie sur une plate-forme Internet (www.eco-obs.org) qui propose :

Plusieurs outils pour évaluer les quartiers, qui permettent de guider les personnes dans la planification de leur projet de quartier :

• outil SMEO : pour l’analyse d’un quartier selon une grille multicritères commune pour la Suisse et pour la France ;

• outil Ulysse : pour l’analyse de la complexité urbaine à travers la causalité entre les critères ;

• outil benchmarking : pour comparer un quartier avec d’autres.

Un centre de ressources qui rassemble des supports utiles pour la planification et l’évaluation de quartiers. Il dispose d’un référentiel des écoquartiers sur le territoire transfrontalier et d’une interface « Wiki » interactive proposant par critère des définitions, méthodes d’évaluation, dispositifs légaux, méthodes et techniques.

Eco-OBS a également pour objectif de définir les besoins en formation sur le thème des écoquartiers pour les professionnels de la planification urbaine afin de mettre en place des modules de formation.

Légendes

1 - Bannière internet Eco-OBS

2 - MICA Mon-Idee-Communaux-d’Ambilly ©Bonnet Architectes

3 - Image de synthèse du site des Vergers, Commune de Meyrin. ©Archigraphie.ch

4 - Vue d’un écoquartier. ©Patriarche & Co

Valorisation

Les outils proposés par Eco-OBS sont dans un premier temps testés sur des quartiers pilotes. Par la suite, les porteurs de projets d’autres quartiers pourront saisir les informations selon le principe d’autoévaluation.

Plusieurs publications « cahiers Eco-OBS » ainsi que des articles scientifiques ont servi à la valorisation du projet. Le projet a également été présenté durant des séminaires transfrontaliers et lors de conférences ayant trait à l’urbanisme durable en Suisse et en France.

Logiciel interactif de conception et d’optimisation thermique

Reto Camponovo, Peter Gallinelli, Pascal Thomann

Descriptif

EnerCAD est un environnement interactif de conception et d’optimisation thermique destiné aux architectes, ingénieurs thermiciens et maîtres d’ouvrage. Ce programme permet aux usagers d’établir un bilan thermique pour un bâtiment dès les premières phases d’un projet conformément à la norme SIA 380 / 1 : 2009. Les résultats peuvent être imprimés sous forme de formulaires officiels et admis pour les autorisations de construire, avec différents graphiques ou rapports.

Points forts

Formulaires de justification par performances globales et ponctuelles.

• Outil de calcul des valeurs U stationnaires et des valeurs U dynamiques.

• Calcul de composants homogènes et in-homogènes avec évaluation du risque de condensation.

• Ponts thermiques avec prise en compte détaillé du milieu voisin.

• Diffusion de vapeur : calcul des pressions partielles, de saturation et zone de condensation.

• Résultat en temps réel.

• Multi-plate-forme MAC-OS, Windows et Linux / Unix.

• Multilingue : français, allemand, italien.

Le programme EnerCAD est un ensemble d’outils de calcul et de simulation en rapport avec l’énergie dans le bâtiment. Il permet une saisie du projet aisée et rapide grâce à son interface graphique et conviviale. De nombreux utilitaires et bibliothèques, intégrés dans le programme (matériaux, composants), facilitent le travail.

Un des atouts principaux du logiciel est l’approche énergétique réalisée qui fait partie intégrante du projet bâtiment dès ses premières heures. Le logiciel n’est pas juste un outil à produire des formulaires de justification pour le permis de construire.

Les résultats sont présentés sous forme de graphiques et de tableaux permettant une compréhension rapide. Le programme offre également la possibilité d’évaluer le potentiel solaire actif (chauffage, production d’eau chaude sanitaire et photovoltaïque) du bâtiment étudié.

EnerCAD est homologué depuis début 2002 pour le calcul de la demande de chaleur de chauffage lors des autorisations de construire.

Un effort particulier a été porté sur l’aide au développement d’un projet. Outre un retour d’information immédiat suite à la modification d’un paramètre constructif par une actualisation du calcul en temps réel, EnerCAD intègre une évaluation de la conformité de l’efficacité énergétique pendant la saisie des éléments d’enveloppe.

Ce logiciel s’adresse particulièrement aux architectes mais aussi aux ingénieurs et bureaux d’études souhaitant intégrer l’optimisation énergétique des bâtiments dans leur domaine de compétences.

Présentation EnerCAD : écran de démarrage avec dialogues de sortie (demande de chaleur, bilan mensuel, diagramme des flux). ©leea/hepia

Légendes

1 - Outil valeur U : calcul de la valeur U statique et dynamique. © leea/hepia

2 - Catalogue des matériaux : gestionnaire des propres matériaux et des matériaux de fabricants. © leea/hepia

Valorisation

Des licences professionnelles qui sont vendues aux spécialistes des métiers du bâtiment sont accompagnées d’un helpdesk. Cette aide en ligne va bien plus loin qu’une aide informatique et traite également des questions liées aux normes en vigueur et prodigue des conseils sommaires. Le logiciel est également utilisé à des fins didactiques dans les écoles d’ingénieurs, les universités et pour des cours de formation continue.

Equipement particulier

• Ecobilan : EnerCAD propose l’évaluation de la masse [kg/m²] et des trois principaux indicateurs écologiques selon le KBOB / eco-bau : - la part d’énergie grise non renouvelable en MJ NRE, - la contribution à l’émission de gaz à effet de serre en kgEqCO2 et - les écopoints UBP (Umwelt-Belastungs-Punkte).

• CEB : Certificat énergétique du bâtiment selon cahier technique SIA 2031 (SN EN 15217 et SN EN 15603).

• Gestionnaire des matériaux : En offrant un gestionnaire de matériaux avec un accès en ligne aux catalogues de fabricants, EnerCAD est mieux que jamais armé pour optimiser votre projet sous son aspect thermique, qu’il s’agisse de constructions neuves, de rénovations ou encore de réalisations à hautes performances énergétiques (Minergie, Minergie-p, Passif).

Méthode d’estimation de la reproduction naturelle des salmonidés en rivière

Zsolt Vecsernyés, Jean-François Rubin

Damien Robert-Charrue

Descriptif

Le projet Egg-to-Fry (ETF) consiste à développer une méthode de mesure permet tant d’évaluer la qualité des rivières à travers les premiers stades de vie des salmonidés. Durant la phase de l’œuf à l’émergence (Egg-to-Fry), les jeunes alevins dépendent directement de la qualité de l’eau interstitielle (circulant dans le gravier). De ce fait, connaî tre le taux de survie des premiers stades de développement des salmonidés permet de démontrer la qualité des rivières et de leurs bassins versants.

Points forts

Le but de ce projet est de fournir aux gestionnaires des cours d’eau un outil d’aide à la décision. Le kit n’améliore pas directement la qualité de nos rivières mais constitue une aide à la gestion. En effet, il propose un diagnostic représentatif de l’état écologique ainsi que de la qualité piscicole des rivières et de leurs bassins versants. Cette méthode permet également de cibler dans le temps et dans l’espace des problèmes particuliers, comme des sources de pollutions épisodiques ou des rejets illégaux.

Les truites, comme les autres salmonidés, sont très sensibles à la qualité de leur habitat, aux variations de la température ainsi qu’à la qualité de l’eau. L’état des populations témoigne donc de la bonne santé des écosystèmes aquatiques. Les jeunes salmonidés sont particulièrement exigeants en ce qui concerne les propriétés de l’eau et, de ce fait, à l’état de l’ensemble du bassin versant. En somme, l’étude des premiers stades de vie nous permet de cerner les problèmes d’une rivière à différentes échelles grâce à l’exigence et à la sensibilité des salmonidés aux différents facteurs biotiques et abiotiques.

De nos jours, les personnes en charge des cours d’eau et de la faune piscicole disposent de trois options de gestion des rivières. Le problème fondamental est de savoir laquelle choisir en fonction des impératifs écologiques, administratifs, sociaux et financiers que ce choix va engendrer.

• Option 1) La non-intervention.

Lorsque la reproduction naturelle fonctionne et que la population piscicole est stable.

• Option 2) Le repeuplement

Cette technique consiste à élever des poissons en pisciculture, puis à les réintroduire dans le milieu naturel.

• Option 3) La renaturation.

Cette voie consiste à étudier la population piscicole et le milieu dans lequel elle vit, afin d’identifier les causes de diminution des effectifs et / ou les facteurs limitants des populations.

ETF-Kit est une méthode ayant pour but d’aider les gestionnaires dans ces choix. En estimant la réussite de la reproduction et en la corrélant aux paramètres physico- chimiques de l’eau, il est possible de mettre en évidence les dysfonctionnements des écosystèmes aquatiques.

Alevins de truite après émergence. © Damien Robert-Charrue

Légendes

1 - Œufs de truites dans le gravier.

2 - Alevins venant d’éclore de l’œuf.

3 - Alevins émergés dans l’Aubonne.

4 - Boîtes dans une frayère artificielle.

5 - Extraction des boîtes.

6 - Zone naturelle où les truites viennent se reproduire. © Damien Robert-Charrue

Valorisation

Actuellement, le projet ETF-Kit collecte des données pour étalonner la méthode. Plusieurs rivières sont échantillonnées en Suisse Romande et les résultats ont déjà permis d’affiner la méthode et les outils. La méthode fera l’objet de différentes publications pour informer des résultats obtenus. De plus, un brevet concernant les outils devrait être déposé.

Equipement particulier

Le projet prévoit de mettre à disposition des gestionnaires un kit de mesure composé de deux outils principaux :

• Des boîtes de développement permettent aux œufs de salmonidés de se développer de manière naturelle. Celles-ci sont insérées dans les rivières à étudier, puis sont relevées aux stades clés du développement des espèces. La conception de ces boîtes permet également de réaliser des prélèvements de l’eau s’écoulant sous le gravier et donc de mesurer la qualité de l’eau interstitielle de manière simple et rapide.

• Une sonde multiparamètres de terrain permet de mesurer, de manière sporadique et selon les besoins, les variables principales limitant le développement des premiers stades de vie des salmonidés. Cet outil permet de réaliser en quelques minutes une série d’analyses in situ.

Outil géoréférencé d’analyse du potentiel solaire. Application au cadastre solaire du canton de Genève

Gilles Desthieux (hepia), Claudio Carneiro (EPFL), Eugenio Morello (Politecnico di Milano)

Descriptif

Trois chercheurs d’institutions académiques différentes ont développé un outil « SIG-solaire » qui a été mis à disposition de la présente étude sur le canton de Genève. Il permet d’évaluer de façon systématique l’irradiation solaire accessible sur le territoire et particulièrement sur les toits des bâtiments. Il se base sur les données météorologiques locales ainsi que sur les données géographiques facilement disponibles, par exemple au travers du Système d’information du territoire genevois (SITG).

Points forts

• Cartographie du potentiel solaire de façon systématique et automatique sur un large territoire, en s’appuyant sur les données 3D des bâtiments.

• Communication au public sur le potentiel solaire des toitures.

• Gain de temps dans les avant-projets d’installation de collecteurs solaires (nombreux déplacements in situ évités).

• Découverte du potentiel solaire sur d’autres objets que les faces de toits (sur le terrain par exemple abris, parkings, etc.).

L’outil proposé est issu d’un travail interdisciplinaire mettant en synergie un certain nombre de compétences et de techniques dans les domaines de la télédétection, des systèmes d’information géographique (SIG) 2D et 3D, de l’analyse d’images, et des indicateurs environnementaux. Il permet d’évaluer l’irradiation solaire sur le territoire à différentes échelles temporelles avec une précision et une fiabilité tout à fait satisfaisantes pour les besoins énoncés par les mandants ; ceci grâce à la reconstitution précise du territoire en 3D au travers des données aéroportées LiDAR et à une intégration des différentes sources d’ombrage.

L’ombrage sur la composante directe de l’irradiation est évalué à chaque heure d’une journée type à partir d’un voisinage proche (bâti, arbres), ou lointain (relief). Le facteur d’ombrage sur la composante diffuse peut être approché par le Sky view factor, qui analyse le degré de visibilité ou la non-obstruction dans le demi-hémisphère centré sur un point donné, selon le principe du « Fisheye ».

Les résultats bruts d’irradiation sont ensuite traités, dans une phase de posttraitement, dans des outils SIG pour produire des indicateurs utiles pour la communication et l’aide à la planification et à la décision. Dans le cas de la présente étude, il s’agit de statistiques d’irradiation (moyenne, médiane, minimum, maximum, écart type) calculées sur les vecteurs des toitures à partir des résultats en mode raster.

Cependant, d’autres indicateurs utiles, tels que le facteur d’ombrage, les parties de toiture utiles et en définitive les potentiels thermiques ou photovoltaïques pourront être calculés sur la base de ces résultats.

Irradiation solaire sur la ville de Genève.

Valorisation

L’outil SIG-solaire a pu être mis en œuvre afin d’élaborer le cadastre solaire sur tout le canton de Genève, sous mandat du Service cantonal de l’énergie (ScanE) et des Services Industriels de Genève (SIG), notamment grâce aux puissances de calcul et au traitement spatial systématique et automatisé propre aux SIG, tout en gardant une grande précision d’analyse (pixel de 0.5 m) nécessaire à une analyse fine de l’irradiation solaire sur les toitures. Les applications des résultats du cadastre solaire sont multiples dans le cadre de la planification énergétique territoriale : implications sur le marché immobilier en redéfinissant la valeur des bâtiments par rapport à leur potentiel énergétique solaire en toiture, leviers d’actions pour les collectivités pour inciter à l’accroissement de l’installation de panneaux solaires à travers différentes mesures et actions.

Equipement particulier

Les scripts développés dans le logiciel MatLab permettent de calculer l’irradiation horaire à partir de données météorologiques et tenant compte des ombres portées.

Les valeurs horaires d’irradiation sur plan horizontal sont issues de Meteonorm (v6.1) qui établit des valeurs statistiques à partir des données mesurées à Genève-Cointrin sur la période 1980-2000.

Les outils de système d’information géographique, tels que ArcGIS, permettent de traiter les données d’altitude issues du LiDAR pour reconstituer le modèle en 3D du territoire, sur lequel est calculé le potentiel d’irradiation solaire, et, dans une phase de post-traitement, de produire les indicateurs utiles pour la communication et l’aide à la décision.

Légendes

1 - Irradiation solaire moyenne annuelle sur les toitures – quartier des Charmilles (Genève).

Descriptif

g-box est un calorimètre solaire qui mesure les flux thermiques au travers des « systèmes de façade translucides ». L’appareil est composé de deux enceintes isolées placées derrière deux fenêtres à mesurer, dont l’une peut servir de référentiel. L’enceinte est maintenue à température constante moyennant un groupe de froid / chaud. La chaleur évacuée / apportée est mesurée par le débit du liquide caloporteur et la différence de température entre entrée et sortie de l’échangeur de chaleur dans l’enceinte.

g-box

Calorimètre solaire mobile pour mesure des performances énergétiques réelles des « systèmes de façade transparents »

Peter Gallinelli, Dimitri Crivellin, Reto Camponovo

L’architecturale contemporaine se caractérise par la transparence qui se traduit par une forte utilisation du verre dans la construction. Amplifiée par la perspective d’étés plus longs et plus chauds ainsi que par le phénomène de l’apparition d’îlot de chaleur urbain, qui est le corollaire d’une urbanisation galopante, la surchauffe estivale des bâtiments est un sujet d’actualité qui peut déboucher sur de l’inconfort et donc provoquer un recours accru au froid artificiel engendrant une surconsommation énergétique.

Malgré le perfectionnement des systèmes de façade, la problématique persiste car les performances théoriques établies sur papier ou en laboratoire se retrouvent difficilement dans la réalité construite. Ceci, du fait que, d’une part, la réalité construite est souvent bien plus complexe à cerner qu’un environnement de laboratoire, et que, d’autre part, les systèmes de façades se caractérisent par une multitude d’interactions complexe entre leurs constituants : ouvertures, verres, protections solaires intérieures et extérieures, comportement des occupants, climat réel…

Si l’édition 2007 de la norme SIA 382/1 « Installations de ventilation et de climatisation – Bases générales et performances requises » donne un cadre aux coefficients de transmission d’énergie solaire des fenêtres (valeurs g) à atteindre par la combinaison du verre et des protections solaires, il n’est pas aisé de parvenir aux valeurs exigées, en particulier dans le cas de bâtiments fortement vitrés. Selon le contexte bâti et le choix des verres, des teintes, de la disposition et du mode opératoire, la valeur g réelle peut aisément dépasser de plusieurs pource nts l’objectif théorique. Il peut en résulter une surchauffe estivale des bâtiments nécessitant le recours aux systèmes de refroidissement actifs, par définition énergétivores.

Points forts

Si certains laboratoires de recherche sont dotés de calorimètres (LBNL Berkley, EMPA...), ces derniers sont stationnaires en raison de leur grande taille ; g-box est transportable et ouvre ainsi la possibilité de mesurer in situ les propriétés de façade de bâtiments en exploitation et d’approcher ce type d’instrumentation de clients potentiels.

Il n’existe pas d’appareil transportable qui permette de mesurer et d’expertiser le comportement réel des façades construites. Le projet g-box consiste dans le développement d’un calorimètre transportable perfectionné qui, contrairement aux bancs de mesure fixes en laboratoire, peut être mis en œuvre sur les façades de bâtiments existants ou sur des échantillons de façades représentatives pour en qualifier le fonctionnement thermique (simple peau, double peau) en conditions d’exploitation réelles. A ce titre, l’appareil trouve également son utilité dans le cadre d’expertises.

L’exploitation du g-box permet d’accéder à la mesure, l’expertise et la documentation d’un large éventail de systèmes réels, qui peut à son tour constituer un référentiel très utile aux constructeurs (architectes, ingénieurs).

Légendes

1 - g-box duo en exploitation (hepia).

© Peter Gallinelli

2 - g-box duo (SUPSI). © Peter Gallinelli

3 - Fabrication du caisson de l’enceinte.

Valorisation

Les données récoltées et les connaissances acquises sont directement utiles aux professionnels. Elles sont en effet immédiatement exploitables. Par ailleurs, ces connaissances peuvent en outre être parfaitement intégrées à la formation des constructeurs (architectes, façadiers, etc.), notamment dans le contexte de cours ad-hoc (Bachelor, Master, Formation continue) et dans le cadre de la formation de base. La création d’un portail Internet spécifique à cette problématique d’actualité est prévue.

Equipement particulier

Le développement de la g-box se base sur un prototype développé dans le contexte de l’expertise d’une verrière de centre commercial à Genève ayant permis de tester l’effet de films antisolaires. g-box fait appel aux derniers capteurs et dispositifs de régulation utilisés dans le domaine des processus industriels ; d’autres éléments sont issus du domaine de l’industrie chimique et de la mécanique. La prise de mesures est basée sur les acquisiteurs et capteurs couramment utilisés au LEEA pour la mesure en thermique du bâtiment.

g-box est un exemple de la convergence de compétences complémentaires au sein d’hepia et de la collaboration avec d’autres institutions (SUPSI).

© Dimitri Crivellin

4 - Fabrication de l’échangeur.

© Dimitri Crivellin

5 - g-box schéma synoptique.

6 - Interface chaîne de régulation et d’acquisition.

Descriptif

Les essais de matériaux et structures sont incontournables dans le secteur privé et représentent également un apport concret dans l’enseignement de la connaissance des matériaux utilisés dans la construction.

A cet effet, le LEMS (laboratoire d’essais des matériaux et des structures) effectue de nombreuses expertises pour le compte du DCTI (département des constructions et des technologies de l’information), de bureaux d’études ou d’entreprises de la construction, notamment des essais pour définir les qualités des matériaux utilisés dans la réalisation de nouveaux ouvrages ou la rénovation d’ouvrages existants. Les essais effectués sont conformes aux normes en vigueur.

Points forts

Les ressources, l’expérience et les réseaux relationnels du LEMS au sein d’hepia permettent de traiter de manière pluridisciplinaire les projets et mandats

Ra&D qui lui sont confiés, en recherchant et en privilégiant le dialogue avec le mandant. A cette fin, et en partenariat avec le mandant, le projet est décomposé en ses volets théoriques, numériques et expérimentaux pour disposer d’une analyse complète des projets traités.

Essais des Matériaux et des Structures

Michel Noverraz

Domaines privilégiés de compétences

Le LEMS dispose de compétences en recherche appliquée et développement (Ra&D) dans les domaines des matériaux de construction :

• essais sur les matériaux

• analyse des structures

• essais sur des éléments de structure

• contrôle et essais in situ

Activités principales (liste non exhaustive)

Essais pour le compte de bureaux d’études ou d’entreprises de la construction, notamment des essais de résistance du béton à la compression ou d’armatures de béton à la traction.

Essais d’éléments de structures réalisés également dans les domaines de l’acier, de l’aluminium, du bois ou du béton ainsi que des expertises de structures existantes :

• essais de comportement et de résistance des structures en vraie grandeur ;

• essais de compression, traction et / ou flexion ;

• mesures des déformations des structures au moyen de capteurs inductifs et/ou de jauges de déformation.

Participation à l’enseignement de la connaissance des matériaux utilisés dans la construction. Conception, réalisation et essais de structures en vraie grandeur afin de compléter l’enseignement de la mécanique des structures en acier, en bois et en béton.

Essais pour l’optimisation de poutres de coffrage en aluminium.

Légendes

1 - Développement d’une suspente sur une pièce de bois.

2 - Développement d’ancrage de garde-corps de ponts.

3 - Analyse pour le CICR de béton en provenance du Kenya.

4 - Développement de tables de coffrage pour HK Service SA.

5 - Armoire climatique pour essais Gel-sel.

6 - Développement d’un appui à bascule pour platelage mobile (HK Service SA).

Valorisation

Description de mandats réalisés par le LEMS :

• Calculs, dimensionnement et essais de nouveaux types de coffrages pour les dalles, pour la société HK Services SA afin de mettre sur le marché des plateaux de coffrages composés de poutrelles et de tubes en aluminium.

• Analyse et relevés de la poussée du béton sur les coffrages.

• Essais de fixations par ventouse.

• Essais de liaisons bois-béton.

• Essais d’allongement de peinture à basse température.

• Analyse de marches d’escalier en béton préfabriqués.

Equipement particulier

• Presse pour essais de compression et détermination du module d’élasticité des matériaux (Fmax 5000 kN, hauteur 0.60 m).

• Presse pour essais de compression (Fmax 2000 kN, hauteur 2.70 m).

• Presse polyvalente pour essais de compression, traction, flexion (Fmax 200 kN).

• Portique d’essai de flexion (Fmax = 2 x 60 kN, 2 x 120 kN ou 2 x 300 kN ; hauteur 2.60 m, largeur 2.00 m, longueur de la base d’essai 9.00 m).

• Armoire climatique pour essais de –27° à +180° et essais gel-sel sur béton

• Equipement pour essais sur béton frais.

• Appareil de mesure FCT 101 pour déterminer la consistance et le rapport e / c du béton frais.

• Equipement pour les essais granulométriques ; bétonnière pour la fabrication du béton ; moules pour éprouvettes de mortier et béton ; ponceuse pour cubes en béton.

Modélisation hydraulique de réseaux d’assainissement urbains

Zsolt Vecsernyés

Descriptif

Etude du comportement hydrologique des bassins versants et des réseaux hydrauliques urbains, en vue d’évaluer les débits et les charges des eaux pluviales, eaux usées, eaux mélangées à évacuer, par temps sec et par temps de pluie.

Points forts

• Etude de l’interaction entre l’hydrologie et l’hydraulique des réseaux d’assainissement urbains.

• Interprétation des réserves de capacité hydraulique face aux développements futurs.

• Evaluation de l’impact sur les milieux récepteurs naturels des charges hydrauliques et des flux de polluants rejetés par le système d’assainissement.

• Analyse du fonctionnement des futurs ouvrages pour une gestion durable des eaux.

Au-delà des modifications climatiques qui influencent les précipitations et l’écoulement au sein des bassins versants, le développement urbain altère la dynamique du transfert des eaux vers les milieux récepteurs. L’étude de l’empreinte de l’urbanisation sur les processus hydrologiques et hydrauliques permet de proposer des stratégies en vue d’une gestion durable de nos ressources en eaux.

Des simulations numériques hydrologiques et hydrauliques ont été menées, en intégrant le modèle numérique des bassins versants et des réseaux d’évacuation des eaux. Une analyse de sensibilité a été effectuée à partir des précipitations historiques en vue d’identifier les événements les plus représentatifs. De plus, des mesures de débits de longue durée ont permis de valider les méthodes et les résultats de simulations. Grâce à toutes ces données, une analyse comparative a été conduite pour mettre à l’épreuve différentes techniques de gestion des eaux et les mesures envisageables.

L’analyse par modélisation du comportement hydrologique et hydraulique du complexe bassin versant – réseaux a permis de :

• mettre en évidence le degré de contribution des sous-bassins, en fonction de la variabilité des événements pluvieux ;

• identifier les tronçons du réseau d’évacuation ayant un manque de capacité hydraulique ;

• suggérer la mise en séparatif d’une partie du réseau ;

• proposer des ouvrages futurs pour une meilleure gestion des eaux ;

• mettre en place des mesures de gestion des eaux, pour ralentir l’écoulement sur le bassin versant, limiter les pointes de crue dans les cours d’eau, lutter contre les inondations et élargir le cycle de l’eau.

Réseau d’assainissement urbain montrant l’état actuel et le projet de mise en séparatif. © Roland Cottier

Légendes

1 - Hydrogrammes calculés avec la pluie décennale. Débit d’une STEP limitée grâce au déversoir d’orage. © Zsolt Vecsernyés

2 - Mise en charge de la canalisation due à la pluie décennale, démontrée par simulation hydraulique. © Zsolt Vecsernyés

3 - Construction d’une nouvelle canalisation d’eaux usées. © Zsolt Vecsernyés

4 - Campagne d’étalonnage d’un déversoir de STEP, au Laboratoire d’Hydraulique Appliquée. © Michel Enggist

5 - Installation de l’appareillage de mesure de débit, sur le réseau d’eaux usées. © Zsolt Vecsernyés

6 - Dimensionnement d’un répartiteur de débit, composé d’un déversoir complexe et d’une vanne. © Zsolt Vecsernyés

Valorisation

Publication des résultats de l’étude. Réalisation progressive des mesures proposées par l’étude. Transfert de compétences dans les formations bachelor et master, en particulier dans le domaine de l’hydraulique.

Equipement particulier

• Laboratoire d’Hydraulique Appliquée d’hepia.

• Canal expérimental, équipé pour l’étalonnage d’un déversoir : sonde ultrasonique, dispositif d’acquisition de données numériques, limnimètre gradué, canal d’approche créé à l’atelier central d’hepia, déversoir d’une STEP, chronomètre, auget calibré.

• Logiciels de modélisation numérique et de simulation hydraulique.