Vivez les espaces avant qu’ils ne soient construits

Vue extérieure du nouveau laboratoire IEQ de l’Institut Hermann Rietschel (HRI) de l’Université technique de Berlin.

Vue intérieure du nouveau laboratoire IEQ : 54 modules de surface réglables individuellement, installés sur les murs et le plafond, peuvent être chauffés ou refroidis. Des textiles chauffants électriques et des nattes de tubes capillaires parcourues par de l’eau permettent des variations rapides de température.

La particularité du laboratoire réside dans l’étroite interaction entre la réalité virtuelle et des conditions spatiales réelles. Les sujets expérimentaux voient par exemple, à travers un casque de réalité virtuelle, un espace de bureau présentant certaines fenêtres, conditions d’éclairage ou géométries spatiales.

À quelle température une pièce doit-elle être, de quelle quantité de lumière avons-nous besoin et quand l’air nous paraît-il agréable ? Dans le nouveau laboratoire IEQ de l’Institut Hermann Rietschel (HRI) de la TU Berlin, ces questions peuvent être étudiées dans des conditions précisément contrôlées et néanmoins proches de la réalité. À cette fin, le laboratoire associe une chambre climatique hautement flexible à la réalité virtuelle. La température, l’air, la lumière et l’aménagement visuel d’une pièce peuvent être modifiés et combinés de manière ciblée. Les chercheur·euses peuvent ainsi étudier l’influence de différentes conditions sur la santé, le bien-être et les performances, ainsi que la manière dont les bâtiments pourront à l’avenir être conçus pour être à la fois confortables, sains et économes en énergie.

Espaces virtuels, climat réel

La particularité du laboratoire réside dans le couplage étroit entre la réalité virtuelle et des conditions ambiantes réelles. À travers un casque de réalité virtuelle, les participant·es voient par exemple un bureau doté de certaines fenêtres, conditions d’éclairage ou géométries spatiales. Dans le même temps, la chambre climatique génère exactement les conditions thermiques correspondantes. Si une personne ouvre par exemple une fenêtre dans la réalité virtuelle, elle ressent immédiatement le courant d’air qui en résulte, et ce précisément depuis la direction d’où il provient également dans l’espace virtuel.

À cette fin, 54 modules de surface réglables individuellement, installés sur les murs et le plafond, peuvent être chauffés ou refroidis. Des textiles chauffants électriques et des tapis capillaires à circulation d’eau permettent de modifier rapidement la température. En seulement 30 secondes, les températures de surface peuvent varier de jusqu’à cinq kelvins. Un système de climatisation performant permet en outre de régler avec précision la température, l’humidité et les mouvements de l’air. Différents modes de ventilation, tels que la ventilation par mélange et la ventilation par déplacement, peuvent également être reproduits.

Parallèlement, de nombreux capteurs mesurent notamment la température de l’air et la température opérative, l’humidité de l’air, la concentration de CO₂ et l’éclairement. Il est ainsi possible d’étudier séparément les influences thermiques, visuelles et liées à l’hygiène de l’air, mais aussi leurs interactions, et de les mettre en relation avec la perception des participant·es.

« Le grand avantage du laboratoire IEQ est que nous pouvons étudier les espaces intérieurs dans des conditions précisément contrôlées, tout en restant proches de la réalité. Les conditions thermiques, visuelles et acoustiques ainsi que la qualité de l’air peuvent être modifiées de manière ciblée et reproductible, puis combinées à des concepts d’espaces virtuels très variés. Les études de terrain ne permettent cela que dans une mesure limitée. Nous pouvons ainsi analyser systématiquement l’effet de différents concepts spatiaux sur les personnes et déterminer comment optimiser simultanément l’efficacité énergétique », explique Lukas Schmitt.

Quand un espace est-il réellement de qualité ?

Le laboratoire s’inscrit dans une approche de recherche plus fondamentale du projet EnOB : GEnEff (Nouvelle évaluation de l’efficacité énergétique des bâtiments). Jusqu’à présent, l’efficacité énergétique d’un bâtiment est principalement mesurée en fonction de la quantité d’énergie nécessaire à son fonctionnement. En revanche, le confort et la qualité des espaces intérieurs que cette consommation d’énergie procure effectivement aux personnes ne sont pris en compte que de manière limitée. L’équipe de recherche du HRI a donc développé une approche qui relie ces deux aspects. L’indicateur GEnEff met en rapport la probabilité que les usager·ères acceptent le climat intérieur avec les besoins énergétiques spécifiques nécessaires à cette fin. L’efficacité énergétique ne doit donc plus être évaluée uniquement à partir de la consommation, mais aussi en fonction du bénéfice effectivement obtenu pour les personnes présentes dans le bâtiment.

Une enquête menée dans deux immeubles de bureaux certifiés durables avait déjà montré l’importance de cette perspective. Entre les valeurs de certification documentées et la perception réelle des usager·ères, les chercheur·euses ont parfois constaté des écarts allant jusqu’à 50 %, notamment en ce qui concerne la qualité de l’air intérieur et les possibilités d’influencer soi-même le climat ambiant.

La température modifie également la perception de l’air

La nouvelle approche a déjà été testée dans le laboratoire IEQ au cours d’une étude menée avec des participant·es. Les chercheur·euses ont combiné différentes températures opératives, comprises entre 20 et 28 degrés Celsius, avec différents niveaux d’éclairement, tandis que la qualité de l’air et l’acoustique étaient maintenues constantes.

Les résultats montrent à quel point les différents facteurs de la qualité des espaces intérieurs sont étroitement liés. Ainsi, les participant·es ont perçu les pièces chaudes comme des espaces où la qualité de l’air était moins bonne, indépendamment de la teneur réelle en CO₂. Dans cette étude, le confort thermique a exercé la plus grande influence sur l’évaluation globale de l’espace, avec 33 %. Il était suivi par la qualité perçue de l’air intérieur, avec 26 %, le confort visuel, avec 23 %, et l’acoustique, avec 18 %.

Une étude de terrain menée ensuite dans 16 lieux de travail et d’habitation a confirmé que les connaissances acquises en laboratoire pouvaient également être transposées à des bâtiments réels. La fonction de confort développée dans le laboratoire IEQ a correctement prédit l’évaluation de la qualité des espaces intérieurs dans 81 % des cas étudiés.

Économiser l’énergie sans perdre en qualité des espaces

Avec le laboratoire IEQ, la TU Berlin dispose désormais d’une infrastructure de recherche permettant d’étudier de manière beaucoup plus différenciée les interactions entre les personnes, le bâtiment et la consommation d’énergie. À l’avenir, d’autres facteurs influençant la qualité des espaces intérieurs pourront être intégrés et différents concepts de bâtiments pourront être testés dans des conditions de laboratoire.

Ces recherches sont particulièrement pertinentes au regard du changement climatique et des exigences croissantes en matière d’efficacité énergétique des bâtiments. En effet, une consommation d’énergie aussi faible que possible ne suffit pas à faire un bon bâtiment. L’enjeu est plutôt d’atteindre une qualité élevée des espaces intérieurs avec le moins d’énergie possible. Les méthodes développées dans le cadre du projet pourraient donc, à long terme, également présenter un intérêt pour les procédures de certification, les normes et les directives. L’objectif est de parvenir à une conception des bâtiments dans laquelle les économies d’énergie ne se font pas au détriment de la santé, du confort et de la satisfaction des usager·ères.

Au-delà du projet GEnEff, le laboratoire IEQ sera également utilisé pour des projets de recherche et de développement ainsi que dans l’enseignement universitaire. Il ouvre ainsi de nouvelles possibilités pour concevoir les bâtiments de demain du point de vue des personnes qui y passent leur quotidien.

Le laboratoire IEQ a été créé dans le cadre du projet de recherche « EnOB : GEnEff », financé par le ministère fédéral allemand de l’Économie et de l’Énergie (BMWE). Outre l’Institut Hermann Rietschel de la TU Berlin, le domaine de la planification et des techniques des installations de l’Université des arts de Berlin, dirigé par le professeur Christoph Nytsch-Geusen, a également participé au projet.