Perkins Eastman : conception d'établissements d'enseignement à consommation énergétique nette zéro
Le visionnaire passionné Omar Calderon Santiago du cabinet d'architecture Perkins Eastman a dirigé la conception d'un établissement scolaire à consommation énergétique nette zéro. Il ne s'agissait pas uniquement de construire un bâtiment durable, mais également un établissement propice à la réussite des élèves malgré leurs difficultés socio-économiques. La conception innovante d'Omar, alliée au soutien enthousiaste des élèves, ont permis de convaincre les principales parties prenantes d'allouer des fonds à ce projet.
Image de l'entrée du lycée Benjamin Banneker. Rendu protégé par copyright, Perkins Eastman.
Statistiques du projet en bref
Lieu : Washington, DC
Type de projet : École en milieu urbain
État : Terminé | Août 2021
Surface du projet : 56 400 m2
Budget : 98 millions de dollars (93 millions d'euros)
Certification LEED : Platine
Energy Usage Intensity (Efficacité énergétique) : 5,27 kW/pieds carrés/an (actuellement le lycée qui fait état des meilleures performances énergétiques aux États Unis)
Facteurs sociopolitiques
Au cours du processus de conception, une bataille politique se jouait au conseil municipal de Washington, DC, et le risque était réel de ne pas obtenir de fonds pour le lycée. Les élèves ont donc défendu le projet à la mairie, en demandant le déblocage des fonds alloués précédemment. Le maire a alors rendu visite au corps étudiant pour assurer aux élèves que le lycée serait construit. Or, le corps étudiant était principalement constitué de jeunes filles de couleur, dont l'engagement passionné pour le lycée a stimulé et inspiré l'équipe Perkins Eastman. Omar explique que cette expérience a fait figure de cri de ralliement pour appeler à l'équité dans les travaux de Perkins Eastman.
« Après cet épisode, je me suis rendu compte qu'il me faudrait davantage réfléchir à la manière de créer des lieux sains, à haute efficacité énergétique, pour favoriser l'apprentissage de tous les élèves, pas seulement des plus fortunés. L'accès à ces environnements pédagogiques doit être accordé à tous. »
Image montrant Omar en discussion avec des élèves du lycée Banneker. Avec l'aimable autorisation de Perkins Eastman.
Lien historique
Baptisé en hommage à l'un des urbanistes les plus influents du District de Columbia, le lycée Benjamin Banneker est situé à Logan Circle, l'un des marqueurs urbains distinctifs de la ville. Benjamin Banneker était un pionnier afro-américain libre qui a joué un rôle majeur lors de l'arpentage et de la cartographie du district au début de son histoire, au XVIIIe siècle. Perkins Eastman voulait établir le lien entre Benjamin Banneker et le district en incorporant à divers endroits du bâtiments des éléments de design évoquant son rôle historique.
Image montrant la proximité du lycée avec Logan Circle et le Washington Monument.
L'équipe de conception a créé des ouvertures dans le plan de masse pour que les élèves puissent voir le Washington Monument depuis la cour, soulignant ainsi le lien entre le lycée et le district.
Le motif du sol s'inspire des lignes diagonales et orthogonales des principales artères de la ville, autre évocation du district.
Vue aérienne d'un espace de travail du lycée Banneker. Copyright Joseph Romeo/Avec l'aimable autorisation de Perkins Eastman.
Éléments de design
Sur sa façade latérale, l'édifice passe de quatre à deux niveaux en écho aux logements moins élevés situés à proximité immédiate, et sa couleur reflète les finitions en brique des bâtiments voisins.
Image montrant les détails de la façade.
Modèle SketchUp permettant d'illustrer l'intégration du bâtiment dans l'environnement urbain à l'échelle.
Comme les élèves du lycée Banneker se destinent à des études supérieures, Perkins Eastman souhaitait créer un environnement qui ait l'allure d'un campus d'université.
Image montrant la cour intérieure.
L'équipe de conception a imaginé dans différents endroits du lycée des espaces conviviaux offrant de superbes vues sur la ville et le Washington Monument. La cafétéria, qui établit un lien visuel avec l'extérieur, favorise les échanges entre élèves de par la disposition des sièges.
Image de la cafétéria.
L'espace signature du lycée, le cœur de l'établissement, c'est l'atrium. À leur entrée, les visiteurs sont accueillis par un coin café. Les concepteurs voulaient encourager la participation active des parents à la vie scolaire de leurs enfants. Ce coin café invite à la conversation et vise à instaurer un esprit de communauté.
Plans et vues en coupe du bâtiment.
Autour de l'escalier central, qui relie les parties supérieures et inférieures du bâtiment, sont aménagés de nombreux espaces conçus pour les élèves. Des puits de lumière placés à des endroits stratégiques éclairent naturellement les zones situées sous les verrières.
Les architectes du cabinet Perkins Eastman s'efforcent toujours de déceler le cœur battant des écoles qu'ils conçoivent. Dans le cas présent, il est incarné par cet escalier qui anime l'atrium, auquel est associée la bibliothèque déployée dans l'espace à l'horizontale et à la verticale. L'escalier donne accès aux salles de classe, à la cour, à la cafétéria, et à d'autres espaces, le tout réparti dans deux ailes encadrant le cœur du lycée.
Collage : Image montrant l'escalier dans l'atrium.
Une approche holistique de la conception durable
Selon Perkins Eastman, le design doit avoir un impact positif sur la vie des personnes et sur l'environnement. C'est pourquoi dans leur travail, les équipes tiennent compte des évolutions environnementales, technologiques, économiques et sociales et cherchent à imprimer une marque positive et durable sur la vie des communautés et le monde qui nous entoure. Cette culture profondément enracinée garantit que chaque projet fait l'objet d'une réflexion basée sur la conception durable.
Graphique des étapes de conception nécessaires pour générer le plan de masse du bâtiment.
Bien que l'équipe se soit fixé des objectifs englobant les dix mesures d'excellence édictées par l'American Institute of Architects (intégration, communautés équitables, écosystèmes, eau, économie, énergie, bien-être, ressources, changement et découverte), Perkins Eastman a essentiellement axé sa réflexion sur l'énergie et le bien-être. Il s'agissait précisément d'assurer le confort des occupants grâce à une étude minutieuse de la lumière naturelle, du confort thermique et acoustique, ainsi que de la qualité de l'air.
Statistiques de performance
- Référence en matière de performance : ASHRAE 90,1 2010
- Objectifs de performance :
- Atteindre une consommation énergétique nette zéro pour une mesure de 5,83 kW/pieds carrés/an, soit une amélioration de 72 % par rapport à l'indice de référence sans système photovoltaïque, et de 100 % après installation du photovoltaïque.
- Créer des espaces bien éclairés avec une autonomie lumineuse spatiale (sDA, spatial Daylight Autonomy) de 66,4 % pour tous les espaces régulièrement occupés et seulement 3,4 % d'exposition annuelle à la lumière directe du soleil (ASE, Annual Sunlight Exposure).
À l'aide de la modélisation 3D dans SketchUp et de l'analyse de l'énergie et de la lumière du jour avec le plugin Sefaira de SketchUp associé à ClimateStudio, l'équipe d'Omar a incorporé des solutions de durabilité efficaces dans l'ensemble du bâtiment, sans pour autant compromettre ses choix de conception.
Témoin en est l'entrée du lycée, surmontée d'un panneau perforé servant un double objectif. C'est à la fois un dispositif permettant d'atténuer la réverbération sur la façade orientée est et une installation artistique illustrant Benjamin Banneker et certaines de ses réalisations.
Image montrant l'entrée du lycée.
Dans les écoles, la lumière naturelle joue un rôle majeur visant à instaurer un climat propice aux apprentissages.
« Pour économiser l'énergie et atteindre l'objectif zéro émission nette, il faut commencer par réfléchir à la trajectoire du soleil par rapport au bâtiment. L'orientation adéquate doit exploiter au maximum la lumière naturelle sans surchauffer le bâtiment. »
– Omar Calderon Santiago, directeur de la conception, Perkins Eastman
Collage : Images de salles de classe et d'un espace public éclairés par la lumière du jour.
Auparavant, Perkins Eastman faisait appel à des consultants externes pour réaliser l'analyse de performance. Le cabinet dispose aujourd'hui d'une équipe en interne, équipée d'outils d'analyse de la lumière naturelle et de l'énergie, tels que Sefaira de SketchUp. Sefaira a permis d'affiner la position et la dimension des verrières afin d'apporter suffisamment de lumière du jour tout en évitant de surchauffer le bâtiment.
« Nous apprécions beaucoup le fait que des outils tels que Sefaira soient compatibles avec SketchUp. Nous pouvons utiliser SketchUp comme outil de conception pour modifier le design, puis effectuer l'analyse de la lumière du jour dans Sefaira et revenir à SketchUp pour perfectionner le design. »
Perkins Eastman réalise d'importantes économies d'énergie en créant des enveloppes de bâtiment étanches à l'air. Le processus d'aspiration était censé offrir une étanchéité à l'air de 0,125 pieds cubes (0,003 m3) par minute. Un test d'infiltrométrie a donné de biens meilleurs résultats, puisque la valeur mesurée est inférieure de moitié à l'objectif visé. Le lycée enregistre actuellement une performance de 200 % supérieure aux valeurs de référence. C'est ce critère d'économie d'énergie qui contribue principalement à atteindre une efficacité énergétique impressionnante de 5,27 kW/pied carré/an.
Sur la façade sud, des panneaux solaires ont été insérés dans les stores des fenêtres. De plus, la façade et la toiture du gymnase ont été renforcées pour accueillir d'autres panneaux et étendre ainsi l'emprise des installations photovoltaïques.
Modèle SketchUp de la façade orientée sud avec mise en évidence des panneaux solaires.
L'édifice a surpassé la totalité de ses objectifs de performance. Selon les mesures effectuées après l'occupation du bâtiment, la consommation d'énergie est actuellement inférieure aux estimations modélisées ! Même si des panneaux photovoltaïques doivent encore être installés et qu'il faut se baser sur une année entière de fonctionnement pour savoir si l'objectif zéro émission nette est atteint, cette ambition semble parfaitement réalisable.
Dans les 5 à 10 dernières années, 100 % des élèves du lycée Benjamin Banneker ont décroché leur diplôme et ont été acceptés dans un établissement d'enseignement supérieur, malgré une forte proportion de jeunes confrontés à des difficultés d'ordre familial et social. Contrastant avec le taux moyen de réussite qui se situe autour de 96 % à 97 % aux États-Unis, ce chiffre en fait un lycée à part. Qu'un élève n'obtienne pas son diplôme d'études secondaires est perçu par Omar comme un échec.
« Je ne suis que l'architecte qui fournit un service à ces élèves, et contribuer à leur réussite est enthousiasmant au plus haut point. »
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Vous voulez en savoir plus sur la manière d'incorporer la conception durable dans votre flux de travail ? En voici quelques exemples :
- JLG Architects : Cinq conseils pour intégrer la durabilité dans les pratiques de conception.
- Conseils pour concevoir une maison zéro émission nette.
- Découvrez comment Moseley Architects s'appuie sur l'analyse pour exploiter au mieux la créativité lors de la conception.
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À propos de Perkins Eastman
Perkins Eastman est un cabinet international de conception architecturale dédié à l'expérience humaine. Il comprend un réseau de plus de 1 100 concepteurs, rêveurs et constructeurs spécialisés dans 18 domaines et répartis dans 24 studios interdisciplinaires autour du monde. Ils cherchent à imprimer une marque positive et durable sur la vie des communautés et le monde qui nous entoure, en s'engageant dans un processus de conception intégré et en plaçant toujours l'humain au cœur de leurs activités.