La société Peris + Toral Arquitectes, basée à Barcelone, a achevé un complexe de logements sociaux chauffés et refroidis passivement, orienté vers la mer toute proche pour tirer parti de la ventilation transversale. Sa structure unique et efficace consiste en une série de murs parallèles constitués de blocs de terre espagnole comprimée.
José Toral et sa partenaire Marta Peris aiment concevoir des bâtiments qui utilisent le moins de matériaux possible. Selon José Toral, moins de matériaux signifie moins de poids, moins d'émissions de carbone, moins de coûts et de meilleures constructions.
Lorsqu'ils ont participé à un concours pour la conception d'un complexe de logements sociaux sur l'île d'Ibiza, ils ont imaginé un bâtiment bon marché qui fonctionnerait comme une extension du terrain. Sa forme est complexe et irrégulière, à l'image de l'île rocheuse sur laquelle il se dresse. Plus important encore, le bâtiment serait bioclimatique, avec un chauffage et un refroidissement passifs, notamment grâce à l'utilisation d'un matériau structurel naturel doté d'une masse thermique élevée : la terre.
Le projet gagnant, 43 Viviendas Sociales, met en œuvre un système de murs porteurs assemblés à l'aide de blocs de terre comprimée de 20 centimètres d'épaisseur. La structure linéaire permet une séquence intelligente d'espaces mesurant chacun 12 mètres carrés et qui se combinent pour former une variété d'unités d'une, deux et trois chambres à coucher.
Le site du projet se trouve près de la côte sud d'Ibiza. Il est bordé d'un côté par de grands hôtels et des discothèques le long de la plage et, au nord, par un quartier de maisons individuelles. "Nous avons décidé de répondre à ces deux échelles", explique M. Toral. "Ce que nous avons fait ressemble à un grand bâtiment composé de petites maisons. Le volume présente une profondeur et une hauteur variables en fonction des marges de recul du site, une agrégation d'un module de pièce intérieure typique mesurant trois mètres sur quatre.
L'agencement du bâtiment est d'une efficacité unique. Il n'y a pas de couloirs, et donc très peu d'espace est perdu pour la circulation. Les pièces adjacentes sont au contraire reliées les unes aux autres de chaque côté par des portes de grand format qui peuvent être ouvertes pour permettre une ventilation transversale complète à travers l'unité. Les modules de cuisine et de salle à manger sont placés au centre de chaque appartement, les chambres étant situées vers le périmètre. Les espaces auxiliaires, qui comprennent les salles de bains, les rangements et les machines à laver, sont des blocs de six mètres carrés placés à mi-hauteur à l'intérieur des pièces plus grandes. Les cages d'escalier et les ascenseurs occupent également des demi-modules en plan. Cette disposition ordonnée produit un volume articulé qui exprime la grille unique de sa structure linéaire à l'intérieur.
Construction passive sur une île méditerranéenne
Ibiza est l'une des cinq îles habitées des Baléares, située au large de la côte est de l'Espagne. Son climat est typiquement méditerranéen, avec des étés chauds et des hivers doux. Les bâtiments passifs doivent être conçus en tenant compte, entre autres, d'une humidité relative élevée qui, en été, peut dépasser 80 %. Les bâtiments visent généralement des conditions comprises entre 50 et 60 % pour être confortables pour les utilisateurs. "Si le pourcentage est plus élevé, c'est qu'il y a trop d'humidité. S'il est trop bas, il devient sec et les utilisateurs sont plus exposés", explique M. Toral.
L'un des moyens de maintenir un faible taux d'humidité relative dans les bâtiments consiste à utiliser des matériaux denses ayant une bonne conductivité. La plupart des constructions s'appuient sur le béton pour répondre à ces exigences d'inertie. Le béton est peu coûteux et facile à manipuler. Mais c'est aussi un gros émetteur de carbone, que Peris et Toral essaient d'éviter d'utiliser dans la mesure du possible.
La terre a toujours été utilisée dans la construction en raison de sa capacité d'inertie face aux variations de température. Comme le ciment, la terre peut être ajoutée à des mélanges pour être utilisée dans des moules de différentes tailles, bien que les mélanges de terre nécessitent généralement une compression avant de devenir suffisamment solides pour servir de matériau structurel. Peris et Toral ont décidé d'utiliser des blocs de terre comprimée pour ce projet afin de réaliser un bâtiment passif à faible émission de carbone.
43 Viviendas présente une multitude d'autres éléments architecturaux conçus pour aider à modérer les températures sans avoir recours à des systèmes de chauffage ou de refroidissement actifs. L'orientation du bâtiment permet aux brises marines de traverser chacune des résidences, et un patio central couvert fonctionne à la fois comme un atrium en hiver et comme une cheminée solaire pour canaliser l'air chaud vers le haut du bâtiment en été. Alors que les plus grandes unités sont doublement orientées vers le nord et le sud, les plus petites unités s'ouvrent sur les patios centraux pour assurer une ventilation croisée. Les espaces semi-extérieurs tels que les jardins d'hiver et les terrasses contribuent à protéger les pièces du périmètre du soleil direct et de la chaleur extérieure.
Concevoir avec des blocs de terre comprimée (BTC)
La construction en terre est à faible émission de carbone, durable et peut être utilisée pour obtenir une esthétique qui est magnifiquement brute et naturelle lorsqu'elle est exposée visuellement. Bien que son utilisation dans la construction soit aussi ancienne que la civilisation, la terre n'est pas souvent une solution évidente pour répondre aux normes de l'architecture contemporaine. C'est un matériau qui présente des contraintes structurelles ainsi que d'autres caractéristiques techniques restrictives : l'utilisation de la terre, par exemple, demande parfois trop de travail pour que les projets soient financièrement réalisables ; ou bien il n'y a tout simplement pas assez de données ou de certifications pour les produits à base de terre afin de respecter les codes et les normes dans de nombreuses régions du monde.
La construction en terre battue et les blocs de terre comprimée (BTC) sont deux méthodes permettant de construire des structures de faible hauteur en utilisant les sols. Ces deux méthodes sont devenues plus courantes ces dernières années, en partie grâce à l'incorporation de normes de conception pour la construction en terre dans les codes de construction, à l'augmentation de l'expertise de la main-d'œuvre dans le secteur de la construction, ainsi qu'à une volonté plus forte de la société en général de rechercher des solutions de construction plus écologiques. Les deux systèmes produisent des murs très solides qui résistent à la compression. Les deux systèmes dépendent également de l'accès à des sols régionaux dont les propriétés sont adaptées à la construction.
Le CEB peut être fabriqué à partir d'un mélange de terre, d'agrégats d'argile non expansifs et de chaux. En plus d'être un matériau de construction polyvalent et peu coûteux, il s'agit également d'une excellente alternative à faible émission de carbone par rapport au béton et à l'acier. L'un des avantages du CEB par rapport au pisé est qu'il ne nécessite pas les coûts de matériel et de main-d'œuvre souvent rédhibitoires associés au coffrage. Les blocs de CEB sont créés à l'aide de machines qui utilisent la vibration et la compression. Les blocs sèchent ensuite pendant trois à quatre semaines. "La fabrication du CEB nécessite la même technologie et les mêmes machines que celles utilisées pour produire les blocs de béton", explique M. Toral. "Nous nous plaisons donc à penser que la production de CEB peut également être un moyen de modifier les émissions de certaines industries existantes.
Les blocs CEB destinés à 43 Viviendas ont été fabriqués par GLS Prefabricados et commercialisés par FET DE TERRA, deux entreprises basées en Catalogne. Selon M. Toral, GLS s'est concentrée dans le passé sur la production de grands blocs de béton qui nécessitaient généralement des machines pour être déplacés, et n'a que récemment lancé des blocs de terre via une ligne de produits appelée TARGA TERRA. "Nous leur avons demandé comment nous pouvions faire moins cher, trouver un moyen de produire des pièces qui pèsent moins de quatre kilos, afin qu'une personne puisse les manipuler." Des blocs de 10 x 12 x 20 centimètres ont finalement été fabriqués pour le projet, ce qui a permis d'élever les murs de 43 Viviendas sans recourir à des machines lourdes. Un grand nombre d'ouvriers ont été amenés simultanément sur le site pour manipuler les blocs manuellement et réduire le temps de construction. Selon M. Toral, comme le système fonctionne par compression, aucune armature n'est utilisée dans les murs. C'est pourquoi toutes les ouvertures des murs s'étendent directement sur la dalle au-dessus.
Les blocs CEB ont été transportés à Ibiza depuis une usine située en Catalogne. Transporter de la terre par terre et par mer n'est peut-être pas une façon évidente de construire avec un matériau qui semble disponible partout, mais c'est peut-être aussi la plus efficace. "Nous pensons que l'avenir de la construction en terre signifie que l'industrie doit utiliser la bonne terre dans les usines, puis l'acheminer sur le lieu de construction", explique M. Toral. "C'est ainsi que l'on peut produire des blocs de haute qualité qui répondent également aux certifications.
Aménagement 43 Viviendas Sociales
Concevoir avec un minimum de matériaux tout en respectant les exigences acoustiques et statiques est un exercice d'équilibre. Dans les logements collectifs, les barrières acoustiques entre les unités constituent un protocole de conception particulièrement important. Les murs mitoyens partagés par des unités voisines peuvent nécessiter plusieurs couches de matériaux structurels et d'isolation pour répondre aux codes ou aux normes. "L'important pour nous était de résoudre le problème de l'acoustique entre voisins avec un seul mur de CEB, car sinon il aurait fallu doubler le matériau et mettre une structure de chaque côté", explique M. Toral. "Nous avons donc utilisé les lois de la masse. La densité minimale pour obtenir une barrière acoustique est de 300 kg/m2. Avec un bloc de 20 cm et une densité de 2000 kg/m3, la construction mesure 400 kg/m2, répondant ainsi aux exigences. Pour les divisions intérieures des unités, des murs de 10 centimètres de large sont utilisés.
Selon Toral, un mélange de blocs a été conçu spécifiquement pour ce projet, ce qui lui confère une résistance appropriée ainsi que sa tonalité brun-tan. L'enveloppe du bâtiment a été recouverte d'une isolation en liège naturel et d'un enduit à la chaux blanc à l'extérieur afin de réduire le risque d'érosion dû au vent et à la pluie. À l'intérieur, les blocs de CEB ont été laissés apparents. "Ici, en Espagne, les joints des murs ne sont pas parfaitement remplis dans la construction en blocs. Nous enduisons normalement les endroits ouverts pour étanchéifier les murs", explique M. Toral. Cette situation préoccupait les architectes, qui souhaitaient tirer parti des propriétés hygroscopiques du matériau et lui permettre d'absorber l'humidité de l'air. "Nous souhaitions exposer le matériau CEB et nous avons donc ajouté un plâtre d'argile très fin et identique aux joints. Nous l'avons ensuite poli pour nous assurer que tous les joints étaient totalement fermés et pour éviter les ponts acoustiques.
Les effets sont doubles. Les surfaces polies qui en résultent reflètent avec succès la lumière du soleil dans les espaces de vie. De plus, en évitant la nécessité d'un enduit intérieur, la conception permet de réduire la profondeur des murs. "Nous avons utilisé une stratégie similaire pour les sols", explique M. Toral. "Ils ont également été polis afin de ne pas ajouter une autre couche. En tant que bureau, nous essayons toujours de réduire la quantité de couches que nous mettons dans nos projets.
Les planchers ont d'abord été conçus pour être construits en bois, conformément à l'objectif de minimisation des émissions du projet. "Mais les simulations nous ont permis de comprendre qu'il fallait augmenter l'inertie du bâtiment", explique Toral. Toral et Peris ont veillé à limiter l'empreinte carbone du système en incorporant des rangées de poutres en béton préfabriquées qui font office de dalles et sont conçues avec une section transversale de 10 par 20 centimètres : "C'est une solution très mince", explique M. Toral. Les éléments préfabriqués sont collés les uns aux autres pour obtenir le moment de flexion nécessaire, et le plancher est recouvert d'une couche de compression en béton de cinq centimètres. "L'épaisseur du plancher est de 25 centimètres : 20 centimètres pour les poutres et 5 centimètres pour la dalle. Mais le volume est équivalent à une dalle de béton de seulement 10 centimètres, soit une réduction de 66 %", explique M. Toral. "C'était une bonne découverte de savoir que l'utilisation du béton n'était pas si mauvaise que cela, à condition de l'utiliser à bon escient. Nous avons découvert que ce n'est peut-être pas seulement une question de matériaux qui rend un bâtiment durable, mais aussi la façon dont nous les utilisons."
