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  • Gabrielle Millan

Les apports du BIM dans la démarche environnementale MONITEUR - Octobre 2022

La France vient de passer le deuxième des étés les plus chauds jamais enregistrés depuis 1900 après celui de 2003, avec une température moyenne de 22,7°C et un excédent de +2,3°C par rapport à la normale 1991-2020. Cette situation confirme l’urgence de placer la démarche environnementale comme point de départ de tout projet immobilier. Cette démarche ne peut plus être considérée comme une simple « plus-value » intrinsèque du projet en développement par rapport à ceux de la concurrence mais bien être intégrée au cœur du processus projet dès les études de programmation.

On parle d’éco-conception consistant à prioriser la démarche environnementale afin d’imposer des évolutions architecturales et techniques et sélectionner le scénario le plus favorable pour l’environnement. C’est dans ce contexte que la norme ISO 22057 a vu le jour en aout 2022 pour favoriser la mise en place de matériaux durables dans les bâtiments en encadrant l’intégration des données environnementales des matériaux au sein des modèles BIM. Le BIM devient ainsi plus que jamais un outil de premier ordre pour la démarche environnementale de la construction.

Le dispositif RT au sein du modèle BIM

Depuis plus de quarante ans, la France a pris conscience du besoin de mettre en place des mesures de transition énergétique du bâtiment afin de maîtriser la consommation des énergies fossiles en imposant le dispositif de règlementation thermique dite RT. La première version de ce dispositif RT a vu le jour en 1974 et la dernière en janvier 2022. La nouveauté de la dernière version est d’avoir fait évoluer la réglementation thermique RT2012 en règlementation environnementale RE2020 considérant qu’aujourd’hui le sujet de la transition énergétique dépasse le seul thème de la thermique et s’étend vers les thèmes du réemploi, du recyclage et de l’empreinte carbone du bâtiment. C’est dans ce contexte de déploiement de projets à énergie positive et de construction bas carbone (label E+C-) que le BIM devient un processus précieux de simulation environnementale du bâtiment. Afin de viser le zéro gaspillage énergétique plébiscité par la RE2020, le BIM représente la

solution permettant d’agréger les compétences des acteurs du projet autour du modèle qu’est la maquette numérique du bâtiment. L’avantage de ce processus réside en sa capacité à mettre en place une ingénierie concourante constituée d’ingénieurs thermiciens, ingénieurs acousticiens, ingénieurs fluides et structure, spécialistes de l’environnement et tout autre concepteur capable de partager sa connaissance du bâtiment et son expertise au sein du modèle de maquette numérique.

Ainsi, la maquette numérique fruit du processus BIM devient un outil de démarche

environnementale de premier ordre depuis les études de programmation, la phase de conception, les études techniques et la préparation du chantier, jusqu’à l’exécution et l’exploitation. Cet outil permettant de simuler le comportement du futur bâtiment ou du bâtiment à réhabiliter, permet de faire les choix les plus éclairés en simulant les calculs thermiques et de performance.

Les indicateurs de la RE2020 sont traités directement dans la maquette numérique grâce à la norme ISO 22057: en calcul surfacique pour ce qui est de la thermique, et en calcul volumique pour ce qui est de l’environnemental. L’intelligence artificielle présente au sein des objet numérique permet par exemple d’identifier dès la conception l’existante de ponts thermiques au sein du modèle BIM.


Améliorer l’empreinte carbone dès la conception

En complément des obligations de diminution de consommation énergétique et d’émissions de gaz à effet de serre GES, la démarche environnementale actuelle vise également la diminution de l’empreinte carbone du bâtiment. Des seuils dédiés font ainsi partie de la RE2020. Cette intégration de l’empreinte carbone au sein de la RE2020 fait suite à plusieurs années d’une étape d’expérimentation du label E+C- depuis 2017 sur plus d’un millier de bâtiments avant son déploiement. Ces objectifs ambitieux ne peuvent être atteint sans avoir recours à de nouvelles méthodes de conception des projets immobiliers. Le nombre de paramètres à calculer devenant de plus en plus complexes, les solutions informatiques de conception assistée par ordonnateur CAO apparaissent comme les seules issues possibles pour aboutir dans des délais compatibles avec les étapes de montage et de financement des opérations de travaux. L’usage du modèle BIM parait

incontournable pour réaliser efficacement l’ensemble des calculs dans un délai acceptable. Le principe de simulation dynamique est au cœur de la démarche BIM, il est l’essence même de l’usage des maquettes numériques. L’utilisation de la maquette numérique permet donc d’aller plus loin et dépasse les calculs règlementaires liés à l’environnement et à la thermique. Il est possible de simuler rapidement tous les scénarios environnementaux possibles dans une durée de conception inchangée. Concrètement il y aura davantage de scénarios testés qu’avec les outils de conception et d’ingénierie traditionnelle qui, pour aboutir à autant de simulations, nécessiteraient une augmentation conséquente des délais de travail des ingénieurs et par de là un allongement des phases de conception. Allongement difficilement compatible avec les plannings toujours plus contraints des maîtres d’ouvrages. Le gain de productivité du recours à la maquette numérique est à

considérer dans un objectif d’optimisation des ressources et de conception bas carbone.


Le BIM et la décarbonation

L’utilisation de la maquette numérique permet de favoriser une approche de décarbonation des actifs. Les nouveaux standards environnementaux exigent de repenser la façon même dont les matériaux, matériels et équipements du bâtiment sont fabriqués. Les bénéfices et charges liés à la valorisation en fin de vie et à l’export d’énergie doivent être simulés pour chaque ouvrage du bâtiment.

En effet, les seuils demandés par la nouvelle réglementation demandent une adaptation de toute la filière de production des ouvrages. Il faut dorénavant s’adapter pour envisager la fin de vie et la recyclabilité de tout ce qui est fabriqué et installé dans le bâtiment. Cette anticipation doit se faire sur l’ensemble du bâtiment et prendre en compte tous les ouvrages.

C’est ainsi que les problématiques de recyclage et de réemploi sont devenues majeures pour les acteurs du secteur de l’immobilier et du bâtiment. EN 2020 est né le Booster du réemploi qui est une association montée à l’initiative d’investisseurs institutionnels. Par le biais de cette association, ces investisseurs s’engagent à initier une démarche de réemploi sur les projets de travaux qu’ils initient.

L’impact du bâtiment sur l’environnement sur l’ensemble de son cycle de vie est simulable dès les premières études sur le projet, la maquette numérique permet de simuler les options possibles de matériaux, matériels et équipements du projet. Il est ainsi possible de simuler le comportement du bâtiment et son empreinte carbone sur cinquante années de fonctionnement. En effet, la RE2020 impose aux dépositaires de permis de construire de justifier d’un calcul dit ACV d’analyse du cycle de vie du bâtiment à travers l’indicateur IC Construction. L’obtention du permis de construire est soumis à la réalisation de ce calcul ACV et au respect d’un seuil règlementaire.

Les objets numériques sont une source infinie d’informations et de calculs possibles. La maquette numérique peut aussi être analysée pour simuler sa circularité c’est-à-dire les capacités des ouvrages du futur bâtiment à être recyclés pour tout ou partie d’entre eux. On parle de ré-employabilité du bâtiment et d’anticipation de la fin de vie de ses ouvrages. Les calculs sur les objets numériques peuvent se faire grâce aux outils utilisant le BIM tels que Predibat développé par la startup Sitowie permettant d’anticiper les actions à mener pour maximiser l’usage des ouvrages du bâtiment et prévoir le vieillissement. Cette optimisation permet à la fois une économie de ressources, une meilleure maîtrise de d’empreinte carbone mais aussi des économies financières pour les porteurs de projets.

En utilisant les Fiches de Données Environnementales et Sanitaires (FDES) intégrées aux objets numériques du bâtiment, la maquette numérique permet de réaliser ce calcul de l’ACV. Pour effectuer ce calcul énergétique d’empreinte carbone du bâtiment, les ingénieurs utilisent les bordereaux de retour des consultations d’entreprises contenant les prestations prévues sur chaque ouvrage. Il existe des logiciels comme Pleiades qui rassemble des outils de calculs dits d’optimisation énergétique dynamique qui sont compatibles avec le processus BIM. Ces logiciels permettent également d’optimiser la conception du projet, de mieux dimensionner les équipements, de simuler les besoins et les consommations énergétiques et les impacts sur la qualité de l’air.

Pour répondre à l’indicateur IC Construction, la maquette numérique fait l’objet de calculs quantitatif sur chacun des ouvrages du bâtiment. Chaque objet numérique dans la maquette numérique sera associé à une information environnementale permettant d’effectuer le calcul.


Du BIM au BEM

Depuis début 2022 et les évolutions de règlementation thermique, l’impact carbone et les émissions de gaz à effet de serre exigent la modélisation de l’énergie dite BEM pour Building Energy Modeling.

De son côté, le BIM a évolué ces dernières années avec de nouvelles versions de format de fichier de maquette numérique. Le format Industrie Foundation Classes IFC4 a vu le jour en mars 2013. C’est la première version de la norme IFC sur laquelle une norme ISO internationale 16739 a été posée. Ce format IFC4 a évolué en juillet 2015 pour devenir IFC4-Add1 puis en juillet 2016 pour devenir IFC4-Add2. Le format IFC5 est en cours de développement actuellement. La particularité de l’IFC est d’être capable de constituer une base de données environnementales spécifique aux nouveaux indicateurs de la RE2020. Chaque composante et chaque ouvrage du bâtiment est un objet numérique au sein de

du modèle BIM. Cet objet sera donc renseigné par chaque intervenant concerné avec sa propre classe IFC. On parle de classification des objets numériques du modèle BIM. Au sein de ces informations contenues dans les objets numériques se trouvent des propriétés environnementales.

Grâce à ces informations, les logiciels des ingénieurs vont permettre d’effectuer les simulations de comportement du bâtiment afin d’en optimiser les choix environnementaux.

Pour passer du BIM au BEM, le modèle BIM de l’architecte doit faire l’objet d’un retraitement par les ingénieurs en charge des calculs énergétiques. En effet, les maîtres d’ouvrages n’imposent pas suffisamment les critères environnementaux au sein des cahier des charges BIM qu’ils annexent aux contrats d’architecte. Il en résulte que les données environnementales nécessaires aux calculs énergétiques ne sont pas toujours entièrement renseignées par les architectes au sein des objets numériques. En conséquence, afin d’effectuer leurs calculs, les ingénieurs sont contraints d’extraire en IFC les modèles BIM des architectes au sein de leurs propres logiciels métiers, et de compléter les maquettes numériques des données absentes. Seule la base de la maquette numérique est

conservée, à savoir les volumes et usages des espaces. En complément du format IDF, le standard GXML est particulièrement utilisé pour les simulations thermiques dynamiques STD.

Des logiciels comme ClimaBIM, Archiwizard ou ThermBIM permettent de charger le modèle BIM en IFC ou en GXML par exemple et de tester de multiples scénarios favorisant une conception bioclimatique.


Chantier BIM et impact environnemental

En complément des sujet de conception de projet, le BIM s’avère également être une révolution sur le chantier. Déjà la simulation dans le modèle BIM de la ré-employabilité des matériaux est favorable à une diminution de l’utilisation de matériaux neufs sur les chantiers. Ensuite, le raisonnement en cout global permet de différer des investissements en simulant les futurs couts d’exploitation en amont de la construction au sein de la maquette BIM. Ainsi le modèle BIM affiné permet de visualiser les investissements CAPEX et les investissements OPEX afin de faire les choix de matériaux, matériels et équipements les moins couteux au global et les moins impactant sur l’environnement.

Le BIM sur le chantier c’est d’abord la préparation du chantier avec la dimension 5D permettant de simuler le planning du chantier et d’enchainement des tâches. Des logiciels comme Powerproject permettent ainsi en amont du chantier de tester de multiples scénarios et de choisir in fine le moins impactant en termes d’installation de chantier et de délais de travaux. Ces optimisations contribuent à diminuer les risques d’erreurs et de reprises de travaux consommatrices de ressources supplémentaires qui n’étaient au départ pas nécessaires.

Sur le chantier en lui-même, le BIM a apporté une capacité de visualisation des ouvrages en amont de leur réalisation. La réalité virtuelle (VR) et la réalité augmentée (VA) font leur entrée sur les chantiers grâce à des outils utilisant le modèle BIM. La VR consiste à visualiser ce que sera le futur bâtiments au moyen d’un casque. La VA consiste à visualiser ce que sera le futur bâtiment en superposant une visualisation future et la vue réelle du bâtiment au moyen d’un outil disposant d’une caméra comme un smartphone ou une tablette. Dans les deux cas la maquette numérique est utilisée pour les propriétés 3D qu’elle offre aux utilisateurs. Au-delà des bénéfices apportés pour commercialiser les espaces, la VR et la VA permettent d’éviter les erreurs de réalisation sur le chantier et donc de mieux maitriser les ressources nécessaires à la réalisation. Par exemple, il existe des casques de VA (Daqri) permettant, en regardant un ouvrage en cours de construction sur le chantier avec ce casque, de superposer cette vue réelle avec une vue virtuelle de son implantation prévue dans le modèle BIM, pour vérifier s’il a réellement été construit au bon endroit. Il s’agit donc de contrôler la réalisation sur le chantier et de corriger rapidement les erreurs de construction. En corrigeant rapidement les écarts constatés entre la vue réelle et celle du modèle BIM, le chantier s’étale moins dans le temps et les reprises d’ouvrages consommatrices de ressources sont diminuées. Afin d’améliorer la lecture de plans sur le chantier, il existe aussi des écrans mobiles

dédiés spécifiquement aux entreprises de travaux afin de mieux visualiser ce qu’elles ont à construire et favoriser ainsi une baisse des erreurs de construction.


Maîtriser l’empreinte carbone pendant l’exploitation

Pendant plusieurs années, le BIM apparaissait comme une pure démarche d’ingénierie du bâtiment dédiée à la technique de construction, à savoir les études de conception essentiellement. Puis, petit à petit, sous l’impulsion du plan de transition numérique du bâtiment PTNB et ensuite du plan BIM 2022 qui a été prolongée, le BIM s’est étendu aux phases de chantier et d’exploitation.

L’arrivée récente du Décret Tertiaire et du label Investissement socialement responsable (ISR), ou encore les évolutions concernant les Certificats d’Economie d’Energie (CEE) ont contribué à affirmer la nécessité d’avoir accès à une base de données fiables sur chaque actif immobilier. Les fonds aux critères Environnementaux Sociaux et de Gouvernance (ESG) se sont vus labellisés ISR ce qui exige la mise en place de critères de notation et de justification d’amélioration verte. A présent, les propriétaires d’immeubles tertiaires ont des engagements à tenir en termes de diminution de consommation énergétique sur leur parc immobilier de 40% en 2030, 50% en 2040 et 60% en 2050.

Mais pour maîtriser l’aspect consommation énergétique, il faut mettre en place un management de l’énergie. En effet, le BIM peut apporter en connaissance patrimoniale pour les acteurs de la gestion immobilière, qu’ils soient investisseurs, propriétaires ou assets managers pour le compte de tiers. Le BIM peut nous aider à résoudre la problématique de la connaissance des actifs en profondeur aussi bien pour ce qui est de la data room d’un actif que pour sa gestion quotidienne. C’est en utilisant le modèle BIM que ces différents acteurs vont pouvoir y visualiser la performance énergétique de leur patrimoine et les actions correctives à apporter. En étant une carte vitale du bâtiment, son jumeau

numérique, le modèle BIM comprend l’ensemble des actions qui ont été menées sur le bâtiment physique qu’il représente virtuellement. Chaque action physique peut être saisie dans la base de données du modèle BIM et ainsi être collectée au fur et à mesure de l’exploitation. Cette donnée peut être saisie manuellement ou automatiquement grâce à l’utilisation de la maquette numérique au sein d’outils de Gestion Maintenance Assistée par Ordinateur (GMAO) et de Building Operating System (BOS). Cela représente un intérêt en termes de rapidité d’accès à l’information sur un actif en exploitation car celle-ci sera visualisable et accessible plus facilement. Sans outil de GMAO ayant recours à la maquette numérique, la visualisation de l’information sera plus complexe. Avec la

maquette numérique, le gestionnaire la visualisera rapidement les pannes dans le modèle BIM et saura y apporter une réponse plus efficace pour l’utilisateur final du bâtiment. Ces outils de BIM exploitation tels que Spacewell de Nemetcheck permettent ainsi de géoréférencer dans le modèle

BIM l’ensemble des équipements du bâtiments, des réseaux, des matériaux et matériels ce qui permet d’y avoir accès de manière fluide en cas de besoin. Ce géoréférencement permet également de quantifier tout ce qui est présent dans le bâtiment à l’instant T, et d’avoir des remontées en temps réels de son fonctionnement visualisable dans le modèle BIM grâce au BOS. Cette amélioration de la visualisation de l’information dans les maquettes numériques et cette rapidité d’action contribuent à améliorer l’empreinte carbone des bâtiments : les situations rencontrées sont gérées plus vite ce qui permet d’éviter qu’elles ne s’empirent et que les travaux soient plus importants et générateurs de besoins complémentaires en ressources. Les déplacements sont également diminués grâce à la visualisation à distance permise par ces nouveaux outils.


Conclusion 

L’impact environnemental du secteur immobilier peut ainsi être mieux maitrisée depuis la

conception jusqu’à l’exploitation des bâtiments grâce au concours des modèles BIM. De

l’optimisation de scénarios de conception moins énergivore à l’anticipation du chantier jusqu’à la data visualisation des bâtiments en exploitation, le BIM offre beaucoup de solutions innovantes à toute la chaine de valeur. La démarche environnementale est intégrée dans la maquette numérique qui préexiste au futur bâtiment avant sa réalisation, puis évolue avec lui pendant toute sa durée de vie. Elle est le lieu de collecte de l’ensemble des données de conception, de construction et d’exploitation de chaque bâtiment. En ce sens elle permet de mieux comprendre son fonctionnement et d’optimiser les actions à mener dans une vision globale d’amélioration de l’empreinte carbone. Pour aller plus loin, le BIM ne se limite plus à l’échelle du bâtiment mais s’étend à celle de la ville avec le City Information Modeling (CIM).

La démarche environnementale ayant recours aux maquettes numériques de bâtiment peut ainsi être déployée à l’échelle de groupes de bâtiments d’infrastructures. Le CIM permet notamment de simuler des scénarios de crise que ce soit en termes de circulation des véhicules et des personnes, que pour ce qui est des risques d’incendie ou d’inondation afin de faire évoluer la ville de façon optimale et de tendre toujours plus vers la smartcity, ville intelligente et au service de la qualité de vie de ses habitants.


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