Introduction

Patrimoine

Martin Paquot | Dans quel état est l’école lorsque vos collègues de la direction du patrimoine bâti vous la confient ? Quelles sont les demandes de la ville, de l’équipe pédagogique, des parents et bien sûr des élèves ?

Lisa Armone Caruso | La ville de Rosny-sous-Bois a livré cinq écoles neuves et deux centres de loisirs au cours des dix dernières années. De ce fait, le contraste avec certaines écoles existantes dans un état de vétusté avancé s’est accentué et les parents d’élèves réclament depuis plusieurs années un accès à la même qualité de services pour tous les enfants de la ville. La collectivité a ainsi décidé de mettre la priorité sur la rénovation du patrimoine scolaire existant tout en préservant notre premier bien commun : l'écosystème humain.

Au moment où nous commençons le diagnostic de l’école maternelle Bois Perrier, conçue dans les années 1960 par Jean de Mailly, le bâtiment n’a fait l’objet que de petites interventions de maintenance et de réaménagement depuis sa construction. Les ensembles menuisés d’origine sont abîmés, et certaines vitres cassées provoquent des courants d’air qui balayent l’établissement. En simple vitrage, sans isolation, le bâtiment nécessite une énergie colossale pour être chauffé en hiver. En revanche, dès la mi-saison, le soleil chauffe sur la façade sud entièrement vitrée et sans protection solaire, rendant difficile d’y accueillir des enfants sans climatisation. L’enjeu primordial de la rénovation est donc d’améliorer le confort thermique intérieur pour les équipes pédagogiques comme pour les enfants et les parents d’élèves.

Le cas de la maternelle Bois Perrier est représentatif de la plupart des bâtiments de l’époque de l’après-guerre qui dépendent de systèmes actifs comme le chauffage ou, plus récemment, la climatisation, grands consommateurs en énergie. La fin de l’énergie abondante et peu chère a recentré le débat national sur la nécessité de réduire la consommation énergétique des bâtiments. En ce sens, le « décret tertiaire » promulgué en 2019, oblige la ville à réduire de 60 % la consommation en énergie finale de ses équipements d’ici à 2050. La rénovation de bâtiments particulièrement énergivores comme la maternelle Bois Perrier devance et enrichit la démarche obligatoire de la commune pour atteindre cet objectif. Dans un cheminement commençant par les façades bioclimatiques de l’école élémentaire Mermoz (2012), en passant par la restructuration d'une halle de marché en école aux Boutours (2017), ce projet est une étape supplémentaire dans la recherche et l'innovation sur le temps long que mène la direction éponyme.

Au-delà de la consommation du bâtiment en fonctionnement, se pose également la question de l’énergie et de la matière nécessaire aux travaux de rénovation. La prise de conscience des ressources limitées à notre disposition nous engage d’une part à tenir compte des ressources existantes, en l’occurrence le bâtiment d’origine qui a été majoritairement conservé (façades, murs de refends, planchers, éléments de second œuvre réemployés ou réutilisés sur site), d’autre part à favoriser des matériaux naturels, locaux et peu transformés comme le bois pour la structure ou la paille pour l’isolation.

La ville a également à cœur de simplifier la maintenance des équipements publics rendue difficile par le manque de personnel et par la complexité accrue des systèmes technologiques qui demandent l’intervention d’experts et dépendent de pièces de rechange rapidement obsolètes, fabriquées dans des pays lointains, dont la production et l’acheminement sont liés à de longs chaines logisitiques et à des mouvements géopolitiques instables.

Pour répondre à toutes ces attentes, les matériaux sont sourcés pour favoriser le développement de filières locales participant à la régénération des écosystèmes (sylviculture douce, agriculture bio, céréales pérennes). La ventilation naturelle des pièces principales fonctionne sans électricité, un poêle de masse à bûches procure une source autonome en chauffage de chauffage, l’eau de pluie est retenue sur site par des noues paysagères, une réserve de 30 000 litres est stockée pour l’arrosage, les chasses d’eau des sanitaires adultes et potabilisée pour des jeux d’eau extérieurs, les réseaux sont laissés apparents pour en faciliter la maintenance...

Structure

La DRI a conçu et construit plusieurs écoles ces dernières années. Une école des années 1960 et une école des années 2020 sont-elles comparables du point de vue des usages (et des pédagogies) mais aussi des normes (puisque des travaux de rénovation induisent une mise aux normes) ?

Lisa Armone Caruso | L’organisation de l’école d’origine est rationnelle et efficace : le bâtiment longiligne est composé d’un espace dédié à l’accueil des familles et au personnel côté rue, puis d’un long couloir éclairé naturellement desservant des classes contiguës d’environ 60m² et des sanitaires. Bien que cette organisation soit encore relativement adaptée à l’utilisation actuelle de l’école et au programme défini par la maîtrise d’usage (la Direction de l’Éducation), elle ne permet pas l’évolution des pratiques au regard de la manière dont le bâtiment a été construit.

La question qui s’est posée au début de notre réflexion était donc de savoir à quel point nous pourrions modifier la structure existante sans compromettre la stabilité du bâtiment. Nous voulions par exemple donner une flexibilité aux salles de classe, en trouvant un moyen de les mutualiser ou de les ouvrir sur des espaces extérieurs qui les prolongeaient. Mais les murs de refend séparant les classes étant porteurs et les façades jouant le rôle de poutres allèges participant à la stabilité de la structure, nous n’avons pas voulu prendre le risque d’intervenir lourdement dessus. En effet, si les bureaux d’études structure qui ont analysé le bâtiment existant se sont accordés pour dire qu’il a atteint un état d’équilibre, il faut comprendre qu’il a été construit à une époque où les normes de la construction étaient différentes et où l’on construisait structurellement au plus juste. Or les normes ont évolué vers de plus grandes marges de sécurité et il ne serait plus possible de construire un bâtiment comme celui-ci aujourd’hui. Dans ces conditions, après les consultations et expertises, il nous a semblé prudent d’éviter d’engager des modifications structurelles importantes ou de reprendre du poids supplémentaire sans remettre aux normes actuelles les fondations existantes, ce qui aurait supposé des travaux longs et complexes de reprises en sous-œuvre impliquant de grandes quantités de matériaux peu vertueux pour notre environnement.

Pour éviter cela, nous avons décidé de limiter les modifications de la structure existante, de la renforcer ponctuellement lorsque nécessaire, et de contraindre le programme dans le bâtiment d’origine.

Nous avions également envisagé une surélévation portée par une structure ajoutée mais après discussion avec nos collègues de la maîtrise d’usage, nous avons décidé que le programme supplémentaire souhaité (quelques sanitaires et une salle RASED) ne justifiait pas les moyens (financiers, humains, matériels, quantité de matière...) et l'impact sur l'environnement que cela aurait supposé.

Le bâtiment a tout de même fait l’objet de plusieurs transformations pour l’adapter à de nouvelles pratiques. Dans les classes, des points d’eau avec auges ont été installés pour les activités de peinture et il nous a été demandé de mettre en place des postes informatiques pour permettre la réversibilité entre classe maternelle et élémentaire où l’usage de tableaux numériques s’est généralisé (bien qu’au regard de toutes les études scientifiques sur le sujet nous ne soyons pas favorables à l’utilisation des écrans auprès des enfants). Dans les sanitaires, beaucoup de parents se plaignaient que la pudeur empêchait leurs enfants d’aller aux toilettes, nous avons expérimenté des cabines fermées, à hauteur d’enfant, pour les grandes sections (à noter que depuis, le personnel de l’école nous a demandé d’enlever les portes des cabines car ce n'était pas pratique lorsque les ATSEM doivent les aider). Le réaménagement le plus conséquent a concerné les espaces d’accueil qui n’étaient plus adaptés à leurs fonctions. En effet, le hall, la loge et le bureau de direction étaient placés à l’opposé de l’accès à l’établissement, sans visibilité sur l’entrée, et les locaux du personnel, trop petits, ont été agrandis.

La rénovation de l’école maternelle Bois Perrier étant une rénovation lourde, nous avons modifié la majorité des constructions et installations de l’école (cloisonnement, électricité, ventilation, chauffage, etc.). Nous avons également profité de la rénovation pour rendre accessible aux personnes à mobilité réduite l’ensemble de l’établissement, avec notamment la construction d’un ascenseur.

Yannig Robert | La réhabilitation est un exercice fondamentalement différent du neuf puisqu’il faut composer avec l’existant et tirer meilleur parti de ce qui est là. Les bâtiments avaient clairement été construits à l'économie ce qui nous a incité à faire preuve de délicatesse vis-à-vis de l’existant. La plupart des éléments structurels ne seraient pas justifiables aux normes de calcul modernes (Eurocode) mais il est aussi parfaitement acceptable de constater l’absence de désordre et de veiller à ne pas modifier les descentes de charges afin de ne pas créer de contraintes supplémentaires. C’est la démarche que nous avons adoptée.

Fondations

Quelles sont les caractéristiques du bâti existant qui vont guider – voire conditionner – les choix structurels et la nature de l’isolant ?

Lisa Armone Caruso | À l’origine, nous souhaitions réaliser une isolation par l’extérieur avec des bottes de paille portées directement par la façade existante. Nous avions par exemple envisagé un système de « bretelles », à l’image du principe appliqué dans la rénovation de l’immeuble du 132 rue de la Convention à Paris [1], ou un système “d'épines”.

Dès les premiers échanges en phase d'analyse pré-diagnostique avec le bureau d’études structure, il s’est avéré que le bâtiment existant ne serait pas en mesure de reprendre le poids d’une telle isolation sans que cela n’implique une reprise en sous-œuvre des fondations existantes, conséquence que nous voulions éviter à tout prix. Nous avons alors envisagé plusieurs scénarios, cherchant à évaluer la juste équation entre le gain énergétique, le choix du matériau (chanvre, coton recyclé, laine de mouton, laine de bois, voire des matériaux moins vertueux...), son poids, les conséquences structurelles, et l’impact environnemental : fallait-il privilégier une solution légère moins isolante, plus technique, plus transformée, plus industrielle, mais portée directement par la façade, ou ajouter des fondations pour porter un complexe plus lourd mais plus efficace ? Quelle charge supplémentaire serait acceptable ?

Au regard de l’état du bâtiment, des réserves des bureaux d’études structure béton et géotechnique consultés et de nos échanges avec le bureau de contrôle qui nous a indiqué pouvoir donner un avis favorable au projet à condition de conserver un poids constant sur l’existant, nous avons décidé de concevoir l’enveloppe de manière à ne pas ajouter de charges supplémentaires.

À partir de là, il a été clair pour nous que la solution la plus sobre serait de fonder l’enveloppe isolante sur une fondation à part entière. Nous avions d’abord envisagé une fondation cyclopéenne (pierre chaux) accolée à celle existante ou des pieux bois pré-foncés, mais nous avions du mal à évaluer auprès du géotechnicien l’impact que cela pourrait avoir sur la stabilité structurelle du bâtiment. Nous nous sommes alors dirigés vers des pieux vissés métalliques, une solution ponctuelle, réversible, recyclable et plutôt low-tech, bien que l’acier requiert une grande quantité d’énergie à sa fabrication (et que nous avons dû en implanter près de 100 !).

Pour éviter les semelles des fondations existantes, les pieux ont été déportés de la façade jusqu’à 30-40cm. Et pour que la charge de l’enveloppe soit placée au droit des pieux, il a fallu que la superstructure soit déportée d’autant, ce qui nous a convaincus de faire une isolation en botte de paille posée à champs sur 47 cm d’épaisseur et portée par une structure poteau-poutre en bois. La paille est alors posée directement contre la façade existante en béton qui joue le rôle de pare-vapeur. La façade est ensuite finie par un enduit chaux-sable sur la paille ou par un panneau en fibre de bois dense faisant pare-pluie derrière un bardage.

Au niveau de la toiture, les gravillons existants ont été retirés et remplacés par un complexe de poids équivalent composé d’un pare-vapeur, d’une isolation en verre recyclé (R minimum de 5 m²K/W) et d’une étanchéité autoprotégée.

Mais encore aujourd'hui, après la livraison de l’école, nous nous interrogeons : Quelle a été la part d’expérience (ou d’inexpérience), de compétence (ou d’incompétence) dans les réserves des bureaux d’études que nous avons consultés pour le diagnostic de l’existant ? À quel point le refus d’endosser des responsabilités sur un bâtiment ancien ne correspondant plus aux normes actuelles a pu influencer leur analyse ? Aurions-nous pu aller plus loin dans notre démarche ? Fort de cette expérience, il nous apparaît nécessaire d'internaliser la compétence et l'expérience en géotechnique et structure des bétons anciens pour gagner encore en autonomie d'appréciation et d'action.

Céréale vivace

Pour ce chantier, vous délaissez le blé pour une autre céréale : le Thinopyrum intermedium. Pourquoi ? Qu’est-ce qui les distinguent à la fois comme plante et culture agricole mais aussi comme matériau de construction ?

Chloé Zordan | Après avoir construit des bâtiments neufs isolés en paille de blé, la DRI a fait le choix pour la maternelle Bois Perrier d’innover sur deux points : d’une part l’isolation par l’extérieur en paille (ITE) et d'autre part d’utiliser la paille d’une autre céréale que le blé.

Actuellement en France, la construction en paille est encadrée par les Règles de la construction en paille rédigées par le Réseau Français de la Construction Paille (RFCP). Il travaille à l’intégration de l’Isolation Thermique par l’Extérieur dans les Règles professionnelles mais il s’agit pour le moment d’une technique non courante, tout comme l’utilisation d’autres céréales que le blé. 

Le blé est une des céréales la plus semée à ce jour en France et notamment en Ile-de-France, région de grandes cultures. Cependant celle-ci est annuelle et oblige les agriculteurs à fertiliser et travailler les sols tous les ans produisant le tassement, la mise à nu des terres et un bouleversement au niveau de la faune et microfaune du sol.

Il existe d’autres céréales dites vivaces ou pérennes qui ont des cycles pluriannuels, procurant ainsi des bienfaits environnementaux plus importants et qui sont également oeuvrables et nourricier pour les hommes et les animaux. C’est donc pour aller vers un matériau plus durable que la Ville s’est tournée vers la valorisation de ce type de céréale dans le domaine de la construction.

Thinopyrum intermedium, aussi appelé Kernza®, est une céréale vivace originaire des steppes Eurasiennes. Elle est native des basses ceintures montagneuses de l’Europe du Sud jusqu’au Moyen‐Orient et du Sud de l’ancienne Union soviétique jusqu’à l’Ouest du Pakistan. Depuis 14 ans, le Kernza® est étudié et sélectionné par des chercheurs américains du Land Institute au Kansas et est depuis quelques années étudié en France par l’Institut Supérieur d’Agriculture de Rhône-Alpes (ISARA). L’ISARA a mis en place un réseau d’agriculteurs autour de Lyon et Grenoble pour planter cette céréale et étudier ses performances en alimentation humaine et animale ainsi qu’en matière de services écosystémiques.

Thinopyrum intermedium présente plusieurs atouts qui nous ont convaincu. Son système racinaire peut atteindre jusqu’à 6 mètres de profondeur, stockant carbone et nutriment tout en captant les intrants dans leur migration dans le sol et limitant ainsi la pollution des nappes. Sa couverture permanente du sol évite son érosion tandis ses cinq cycles de végétations consécutifs permet de réduire la pression sur les agrosystèmes et le travail des champs en comparaison avec des céréales au cycle annuel.

Toutefois, dans le cadre d'une démarche scientifique, quelques trames sur la façade nord ont été isolées en paille de blé afin de comparer le comportement des deux pailles grâce à l’installation de capteurs hygrothermiques dans l’enveloppe. La paille de Thinopyrum intermedium dérogeant aux Règles Professionnelles de la Construction Paille, la Ville a dû mener des essais pour la caractériser : développement fongique; comparatif paille de blé et paille de Thinopyrum intermedium, en collaboration avec l’université de Caen et essai PCS (Pouvoir Calorifique Supérieur) au FCBA, afin d’obtenir une extension du classement de réaction eu feu de la paille de blé. Un mur prototype a également été construit dans les même conditions que la rénovation pour vérifier le comportement hygrothermique pendant une année. Le mur a été démonté à la fin de l’année pour avoir une vérification visuelle de l’état de la paille. L’ensemble des résultats obtenus ont montré que les caractéristiques de la paille de Thinopyrum intermedium étaient très proches de celles de la paille de blé, ce qui nous a permis d’isoler ce bâtiment avec cette nouvelle céréale.

L’isolation de ce bâtiment a nécessité environ 2000 bottes, soit 350 m², de Thinopyrum intermedium. Les bottes ont été directement achetées par la Ville au réseau d’agriculteurs de l’ISARA. La petite surface des champs d’essai a rendu nécessaire deux récoltes (2022 et 2023) pour fournir ce volume.

Chantier

La préfabrication est souvent de mise pour ce type de projet qui plus est dans un temps de chantier relativement court de 18 mois. Or la structure bois est taillée à pied d’œuvre, les bottes sont insérées, enduites ou bardées sur chantier. Pourquoi ce choix ? Comment avez-vous organisé le chantier pour tenir le calendrier ?

Lisa Armone Caruso | Plusieurs raisons sont à l’origine de ce choix. Cela tient tout d’abord aux incertitudes inhérentes à un projet de rénovation : le fait d’avoir tout taillé sur place a permis aux charpentiers d’adapter leur ouvrage à l’irrégularité de l’existant, d’absorber les surprises en cours de chantier. En ce sens, nous avons eu la chance de travailler avec une entreprise (Herminette) qui a fait toute la taille et l’assemblage directement sur site.

Ensuite nous devons nous interroger sur la société que nous voulons entretenir au travers de nos chantiers : voulons-nous valoriser la machine, ou l’intelligence de la main et l’entretien de nos savoir-faire ? Préférons-nous financer l’industrie ou créer des emplois dans des petites structures innovantes où une main-d’œuvre artisanale peut s’épanouir ?

Yannig Robert | La préfabrication peut être redoutable d’efficacité si réalisée dans les bonnes conditions. Dans le cadre d’une réhabilitation en contact direct avec un bâtiment réalisé en maçonnerie sur site, la question des irrégularités géométriques se pose et sa bonne gestion implique des éléments préfabriqués de tailles modestes et des dispositifs de gestion des dimensions variables. Les gains de la préfabrication ne sont plus aussi évidents dans ces conditions. De plus, en région parisienne les entreprises ont des ateliers plus modestes en raison des coûts du foncier et pour le charpentier (Herminette) une fabrication sur site était donc évidente. Nous ne pouvions que nous réjouir de ce choix qui met en avant les compétences professionnelles des compagnons.

Bioclimatique

La façade sud semble concentrer la majorité des interventions. Contrairement à d’autres isolations thermiques par l’extérieur (ITE), vous ne cherchez pas à être le plus fin possible. Bien au contraire. Comment utilisez-vous cette épaisseur pour aborder le soleil, l’air, le confort, et finalement donner une identité à une école jusqu’ici très ordinaire ?

Lisa Armone Caruso | Nous sommes persuadés que l’architecture doit répondre avant tout à une fonction et à un ensemble de contraintes, qu’elles soient structurelles, climatiques ou environnementales. Dans notre cas, l’épaisseur de l’enveloppe a découlé naturellement des enjeux techniques liés aux caractéristiques du bâtiment existant et à la volonté d’utiliser un isolant comme la paille, issue d’une ressource locale, renouvelable à court terme puisqu’il s’agit d’un co-produit des cultures de céréales, et disponible en circuit court.

L’école maternelle Bois Perrier est orientée nord-sud, avec une façade sud entièrement vitrée qui donne sur toutes les salles de classe, sans protection solaire. Elle joue donc un rôle très important dans la régulation des conditions thermiques intérieures. D’autant plus que le fait d’isoler le bâtiment le rend encore plus sensible aux apports solaires qui peuvent rapidement provoquer des surchauffes.

Le soleil étant haut dans le ciel lorsqu’il se trouve au sud, l’installation d’une protection solaire fixe horizontale et large au-dessus des fenêtres nous a semblé être la protection la plus adaptée. En effet, nous avons régulièrement des problèmes avec les brise-soleils orientables installés sur les autres établissements avec lesquels les enfants jouent et qui finissent par casser.

Par ailleurs, pour assurer la ventilation naturelle des classes sans perdre de surface intérieure, nous avons choisi de sortir les gaines de ventilation en façade. Ces gaines de section importante sont rassemblées sous la forme de tours qui ont été placées en façade sud de manière à servir de support à la protection solaire. De plus, leur présence entre chaque classe qui rythme la façade permet également de la protéger des rayons sud-est et sud-ouest.

De plus, bien que nous n’ayons pas pu agrandir les salles de classe, l’épaisseur de la façade nous a permis, en mettant les fenêtres au nu extérieur de l’enveloppe, d’agrandir le volume et d’offrir de grandes tablettes intérieures que les enseignant·e·s utilisent pour poser du matériel.

Marché de travaux

Quand bien même, l’équipe de maîtrise d’œuvre est intégrée à la ville, le marché de travaux fait l’objet d’un appel d’offre public. Comment y faites-vous passer vos exigences d’isolation en paille de céréale pérenne cultivée en agroécologie ou de structure en bois massif de feuillus franciliens issus de la sylviculture douce ?

Chloé Zordan | La passation des marchés est réalisée selon un marché à procédure adapté (MAPA) avec une négociation, ce qui permet de rencontrer les entreprises avant la remise de leur offre finale et ainsi d’expliquer notre démarche, de montrer les points innovants du bâtiment, ce qui a déjà été mis en place en termes d’essais pour lever les verrous quant aux nouvelles techniques ou matériaux utilisés.

En ce qui concerne le bois issu de la sylviculture douce, il était souhaité par la ville d’avoir des petits ouvrages indépendants de la structure où le bois serait plus vertueux, en termes d'émissions carbone et de protection des écosystèmes forestiers, que du bois provenant d’une scierie. Cela permettait également de retracer et réduire le chemin entre l’arbre et la poutre. La ville a donc choisi de travailler directement avec la Bergerie de Villarceaux qui gère ses parcelles forestières en sylviculture douce. Nous avons réalisé un marché qui comprenait le bûcheronnage, le débardage à cheval et le sciage avec une scie mobile sur site avec la Bergerie de Villarceaux. Ce travail a été mené en parallèle de la passation des marchés travaux. Les CCTP des entreprises ont été rédigées en explicitant que le bois pour certains ouvrages identifiés serait fourni directement par le Ville et que le chiffrage serait uniquement de la taille et de la pose. Lors du sciage des bois et de leur caractérisation, nous avons fait venir à Villarceaux les charpentiers pour leur montrer les pièces réalisées et leurs qualités.

En ce qui concerne les bottes de paille pérenne, la ville a mené les recherches sur cette céréale dès 2020 et avait donc déjà établi un partenariat avec les chercheurs de l’ISARA. Par ailleurs, les agriculteurs du réseau d’essai de l’ISARA n'avaient jamais réalisé de botte avec les caractéristiques nécessaires pour l’utiliser comme matériau d’isolation. Comme pour le bois, la Ville a acheté directement les bottes auprès des agriculteurs, dans la réalisation des bottes de paille pour qu’elles respectent les caractéristiques en termes de densité et d’hygrométrie des Règles Professionnelles de la Construction Paille.

Evidemment, nous continuons la recherche sur l’ensemble de ces thématiques dans un contexte culturel global qui est actuellement détourné de ces problématiques. C’est ici que nous jouons pleinement notre rôle de service public.