Introduction

1Compte tenu de l’importance des aspects socioculturels et du patrimoine architectural, la notion de développement durable appliquée au domaine du bâtiment va largement au-delà des aspects écologiques et énergétiques. D’autant que ces derniers sont très dépendants du site géographique considéré. Ainsi le problème de l’eau est prioritaire en Afrique et en Inde par rapport à celui de la consommation de produits pétroliers.

2Si la question du réchauffement climatique est sensible, la préservation de notre patrimoine environnemental, l’équilibre social entre territoires riches et pauvres, la capacité à créer une prospérité locale continue et la capacité à maintenir vivaces les multiples expressions culturelles qui structurent nos sociétés (Ordre des architectes, 2004) apparaissent tout aussi importants. Ainsi, le domaine architectural s’inscrit dans la tendance d’une durabilité complexe, c’est-à-dire multicritères : écologique, sociale, sanitaire et de sécurité, et ceci, en intégrant la quête de l’esthétique. Mais il est bien clair que le développement durable ne peut se réduire à une simple question d’arbitrage technique ni même à un pur débat de normes. Il s’agit bien d’un enjeu de société associé à une ambition culturelle qui vise à créer les conditions de vie les plus harmonieuses. En cela, il est l’image de la quête permanente des architectes (Ordre des architectes, 2004).

3Beaucoup de travaux portent sur la durabilité en phase de réalisation ou d’exploitation (Ding, 2008), mais les interventions seront restrictives et moins efficaces dans les phases ultérieures du projet, si cette approche n’est pas intégrée dans les phases amont de la conception architecturale (dès les premières étapes jusqu’à la fin de cycle de vie du projet). En effet, c’est à la conception que se déterminent près de 80 % des nuisances (Steinemann, 2001 ; Weissenstein, 2009).

4Dans le cadre de l’habitat, ce point est d’autant plus critique qu’en édifiant un bâtiment pour 50, 100 ans ou davantage, les générations futures sont engagées sur le long terme. La relation de l’usager à son environnement est alors influencée à très long terme. Les choix techniques et architecturaux retenus en phase amont (localisation, orientation, chauffage, isolation, nature des parois, etc.) impactent et impacteront la vie quotidienne des habitants et utilisateurs, mais aussi l’avenir de la planète (Platzer, 2009).

5La recherche s’axe donc sur la conception durable en tant que point de départ d’un processus qui aboutira à un objet durable (Demaid et Quintas, 2006 ; Pujari, 2006) et plus précisément à un bâtiment (figure 1). Norman Foster, architecte britannique cité par Edwards (Edwards, 2010) définit la conception durable comme suit :

6

« La conception durable signifie que la construction obtenue est efficace énergétiquement, dans le domaine de l’économie et du bien-être ; ses fonctions sont évolutives et elle est conçue pour une longue durée ».

Figure 1

Architecture durable déclinée en 3 aspects principaux

Architecture durable déclinée en 3 aspects principaux

7L’objectif est alors d’étudier le concept de pilotage des phases architecturales amont dans une démarche de développement durable, tout en intégrant les contraintes conjoncturelles : règles d’urbanisme, taux d’intérêt, maximisation des valeurs.

8Notons que le but n’est pas uniquement une amélioration des processus pour une meilleure réponse à la question de la durabilité. Il semble, en effet, que l’élargissement de l’espace des questionnements et des solutions en amont de la conception architecturale, ouvre des voies vers des opportunités d’intégrer de nouvelles technologies et de trouver de nouvelles fonctionnalités aux édifices (Hedstrom, Shopley et al., 2000 ; Larson, 2000 ; Hartshorn, Maher et al., 2005 ; Gholipour, 2011).

1 – Problématique

9On peut schématiquement représenter le cycle de vie d’un immeuble de la manière suivante (figure 2). Les données de sortie de la phase de pré-conception sont générées par l’architecte et/ou l’équipe de conception (bureau d’études) et comprennent le cadre général du projet, les normes, les limites et les exigences imposées par les utilisateurs. Ainsi, à ce stade, le destin du projet est déterminé et des spécifications (limitations de l’espace des solutions) sont arrêtées. On peut donc faire l’hypothèse que le contexte décisionnel est en partie construit à ce stade, et qu’ainsi, les impacts en termes de durabilité sur la conception, la réalisation et l’exploitation sont engagés.

Figure 2

Positionnement de la recherche

Positionnement de la recherche

10Le but de cette recherche est donc, plus précisément, l’étude des impacts de l’étape de la pré-conception sur la phase de conception dans le cadre de l’architecture durable.

11Ainsi, si l’on considère que le processus de conception architecturale peut, pour partie, être décrit sous la forme d’un processus décisionnel (Gholipour, 2011), la recherche va viser la description et la maîtrise des impacts des décisions entre deux phases amont. De plus, l’architecture durable ayant des objectifs, et chacun de ces objectifs étant défini par plusieurs critères, le travail consiste à établir un lien entre des décisions de programmation, des impacts sur les phases ultérieures et des objectifs de référence de durabilité préalablement fixés (figure 3).

Figure 3

La relation décision, impact et objectifs de référence

La relation décision, impact et objectifs de référence

12Le cadre théorique étant posé, celui de l’ingénierie de la décision, la recherche s’est ensuite attachée à la mise en œuvre d’une approche méthodologique dite de « conception à objectif désigné ». Celle-ci sera détaillée ci-après, mais on peut noter qu’il s’agit d’une heuristique cherchant, non pas à mesurer a posteriori l’impact d’une décision sur une variable descriptive d’un futur produit (le plus souvent le coût), mais de fixer a priori la valeur prise par cette variable et d’orienter tous les futurs choix de conception en vue du respect de la valeur fixée.

13Ainsi, la problématique peut être formalisée comme suit : la démarche de conception à objectif de durabilité désignée est-elle envisageable dans le cadre de la préconception architecturale ? Dans ce cadre, l’étape critique est alors la fixation des objectifs de référence.

Figure 4

Principe général d’un modèle d’évaluation en phase de préconception

Principe général d’un modèle d’évaluation en phase de préconception

14Cette problématique répond à un besoin crucial puisque la plupart des approches et outils d’analyse des impacts environnementaux sont mobilisables en phase post-conception (Ding, 2008).

Tableau 1

Comparaison des outils et référentiels de durabilité

Comparaison des outils et référentiels de durabilité

2 – La conception à objectif désigné (COD)

15Historiquement, la COD est issue du « Target Costing (TC) », méthodologie qui a modifié le lien entre les décisions de conception et le coût (Perry, 2007). La conception technique était suivie a posteriori de la vérification de la faisabilité financière (Ansari, Bell et al., 2006). Avec le TC, le coût à respecter est fixé a priori et précède la conception de solutions dans l’espace des solutions financièrement viables (Kee, 2010). Une logique de déploiement est mise en œuvre par les concepteurs : elle consiste à décrire l’objet à concevoir par ses fonctionnalités, c’est-à-dire les services qu’il rendra aux utilisateurs. Dans un second temps, le coût objectif est distribué sur chacune de ses futures fonctionnalités. Il est alors possible de choisir de comparer des solutions selon qu’elles satisfont, à la fois, la réalisation de la fonctionnalité et la contrainte de coût. Le TD est un processus itératif. Henrik Agndal (Agndal et Nilsson, 2009) suggère que le processus de TD couvre le cycle de vie d’un produit, même si l’accent est mis dans la littérature sur les étapes de pré-production.

Figure 5

Démarche générale du Target Costing

Démarche générale du Target Costing

16Puis, d’autres contraintes que le coût ont été intégrées, dont la fiabilité. Ainsi, sur le même mode de raisonnement est apparu la COD. Le coût est remplacé par d’autres variables conduisant au « value-centred design » (Demaid et Quintas, 2006). Nos travaux se placent dans un domaine encore peu abordé dans la littérature : le « sustainability-centred design ». Ils viennent compléter les recherches sur les ACV (analyse de Cycle de Vie) qui traitent des données a posteriori.

3 – Proposition d’une démarche de conception à objectif de durabilité désigné : le cas de la conception architecturale

3.1 – Identification du processus décisionnel

17La première étape du travail a consisté à décrire le processus décisionnel pour la phase de pré-programmation. Le but n’est pas de proposer un modèle générique sachant la diversité des situations ; il s’agit plutôt de formaliser une première étape méthodologique. La démarche adoptée, et qui se veut instantiable, a été de rencontrer des acteurs de la conception et de lister les tâches de conception et les décisions associées. Les concepteurs sont consultés séparément puis les données sont synthétisées au sein d’un tableau tâches/décisions qui est ensuite validé collectivement (voir tableau 2). Dans cette recherche, des abaques colorés ont été utilisées pour obtenir une liste consensuelle de tâches de pré-programmation et de décisions.

Tableau 2

Ensemble tâches/décisions

Aperçu du projet : Plan de localisation (l’implantation des bâtiments sur le site) Nombre de bâtiments La relation des bâtiments par rapport à eux-mêmes (leur situation par rapport aux autres) Densité Nombre d’étages dans l’immeuble Forme: Volume Orientation Proportion rapport : longueur/largeur/hauteur Forme de la toiture Panorama urbain Pleins et vides Relation entre étages Fonction : Accès des chaussées et des piétons Emplacement de l’entrée Localisation des espaces des bâtiments Localisation des espaces pour chaque appartement Nombre d’appartements dans chaque immeuble et chaque étage Espaces composant Parking Eléments de connectivité verticale et horizontale Espaces communs Ensoleillement Esthétique : Eléments architecturaux (intérieur et extérieur) Matériaux Surfaces opaques et transparentes Façade (tissu) Couleur Qualité de l’éclairage (naturel et artificiel) Détails Ambiance Style

Modes de construction : Sélection des systèmes structuraux Sélection de la méthode de construction (préfabriqués ou autres) Installation : Méthodes pour fournir des conditions de confort (à l’intérieur et l’extérieur) actives ou passives Sélection des installations électroniques Sélection des installations mécaniques Systèmes de sécurité (incendie - Sécurité - séisme etc.)

Ensemble tâches/décisions

18L’évaluation de la durabilité et la définition des objectifs associés sont possibles dans les phases de définition d’une stratégie de conception, de programmation et de planification, et ceci dans de très nombreux secteurs (ARE, 2004). Ces tâches sont, en général, menées en définissant de multiples indicateurs (Ding, 2008). On distingue des indicateurs quantitatifs (on citera entre autres dans le domaine environnemental : la consommation d’énergie, les émissions de gaz à effet de serre) et qualitatifs (on citera entre autres : la valeur écologique et l’esthétique paysagère ou architecturale du site).

3.2 – Analyse de l’impact environnemental

19La deuxième étape de la démarche consiste à établir un lien entre des décisions de pré-programmation et les objectifs de durabilité fixés en début de projet. Cette phase est centrale, selon Platzer (2009). Afin de déterminer précisément les conséquences des décisions sur la durabilité, deux approches complémentaires ont été menées : définir le concept d’impact et lister, selon des définitions établies, les impacts dans les quatre domaines de la durabilité (environnement, social, économie et culture).

20Un état de l’art de la notion d’impact a donc été effectué dans des disciplines diverses : économie, médecine, physique, sciences sociales et de l’ingénieur et écologie. Cet état de l’art montre que l’impact se traduit par un changement qualitatif et/ou quantitatif d’une variable descriptive d’un objet ou d’un environnement et qu’il concerne donc l’effet d’un évènement sur l’évolution de cet objet ou de cet environnement. On peut considérer que c’est la différence entre une situation avec et sans événement impactant plus ou moins brutalement (Wathern, 1988).

Figure 6

Un impact sur l’environnement

Un impact sur l’environnement

21Le premier travail pour caractériser un impact consiste alors à définir l’indicateur soumis à un effet. Finalement, il s’agit d’identifier le lieu de l’impact c’est-à-dire, l’aire du changement. Dans le cas d’un impact environnemental, la classification d’Ali et Al Nsairat (Ali et Al Nsairat, 2009) est retenue. Elle est en effet basée sur un état de l’art de l’existant et elle concerne les quatre dimensions du développement durable.

Tableau 3

Recensement des impacts environnementaux potentiels d’une décision de pré-programmation

Ecologie les ressources les matières premières économiser l’énergie économiser l’eau l’usage du sol l’écosystème les émissions toxiques le climat les forêts les rivières et les lacs la qualité de l’air extérieur la faune et la flore les déchets les déchets radioactifs la couche d’ozone les inondations Economie le coût global le coût de construction le coût de fonctionnement le coût de maintenance le coût de rénovation le coût de démolition la valeur l’adaptation des espaces l’adaptation des usages Social la santé des résidents la qualité de l’air intérieur la qualité de l’eau les champs électromagnétiques les risques (incendie, explosion…) le confort le confort visuel le confort thermique le bruit les odeurs le bien-être la valeur sociale la qualité d’usage l’équité sociale l’équité de genre les relations sociales la participation Culturelle la valeur esthétique l’architecture et l’image l’intégration au site la connaissance et l’histoire les sites historiques la mémoire la valeur culturelle

Recensement des impacts environnementaux potentiels d’une décision de pré-programmation

22Dans un second temps, nous avons cherché à décrire l’impact par des critères complémentaires. Pour traiter de l’impact, trois dimensions sont indissociables selon André (André, 1999) :

• La grandeur de l’impact : désigne le changement de la mesure d’une variable de l’environnement compte tenu du contexte général, tant spatial que temporel. Cette grandeur peut constituer une mesure ou une prédiction. C’est une mesure quantifiable.
• L’importance de l’impact : jugement porté par l’expert sur l’importance des modifications anticipées, tenant compte du contexte spatial et temporel d’insertion du projet.
• La signification de l’impact : valeur variable qu’accorde chacun des acteurs aux deux caractéristiques précédentes (reflet d’appropriation de l’espace de vie, perception et évolution souhaitée).

Le tableau 4 énumère les principaux critères utilisés pour juger de l’importance.

Tableau 4

Principaux critères de mesure de l’impact environnemental

Composants biophysiques Permanence de l’effet anticipé et son potentiel cumulatif Rareté ou unicité des espèces et des écosystèmes Sensibilité du milieu d’insertion en ce qui a trait à la résilience Réversibilité des impacts Moment de manifestation de l’effet Composantes humaines Sensibilité des groupes humains affectés Réversibilité des impacts Valeur accordée à la ressource qui subit l’impact Moment de manifestation de l’effet Conséquences économiques

Principaux critères de mesure de l’impact environnemental

23L’impact peut aussi être décrit selon une dimension temporelle et phénoménologique : direct, indirect, résiduel, cumulatif. Un impact direct exprime une relation de cause à effet entre une composante du projet et un élément de l’environnement. Un impact indirect découle d’un impact direct et lui succède dans une chaîne de conséquences. Un impact cumulatif est le résultat d’une combinaison d’impacts générés par un même projet ou par plusieurs projets, dans le temps (passé, présent ou avenir) et dans l’espace. Un impact résiduel est l’impact qui reste après l’application d’une mesure d’atténuation.

24Morris et Thérivel (2009) proposent la classification des impacts suivante qui vient compléter les approches précédentes :

• physiques et socio-économiques,
• directs et indirects,
• court terme et long terme,
• locaux et stratégiques (y compris régionaux, nationaux et au-delà),
• négatifs et positifs,
• réversibles et irréversibles,
• quantitatifs et qualitatifs,
• répartition par groupe et/ou par zone,
• réels et perçus,
• par rapport à d’autres développements.

Ainsi, grâce à cet état de l’art, la proposition consiste à utiliser ces éléments comme variables caractérisant un impact environnemental d’une décision de pré-programmation.

25Cette phase d’identification des impacts des décisions permet alors de construire une matrice d’impacts croisés permettant de décrire les liens entre décisions et impacts, cette matrice est renseignée par des experts et des acteurs du pré-programme. Elle constitue le modèle d’évaluation des impacts des décisions (figure 7).

Figure 7

Matrice d’impacts croisés

Matrice d’impacts croisés

3.3 – La définition des objectifs de durabilité : conception à objectif de durabilité désigné (CODD)

26Après avoir défini les décisions prises en pré-programmation d’une part, et ce qui peut être impacté (et comment) par des décisions, d’autre part, l’étape suivante consiste à fixer les objectifs de durabilité, qui serviront de référentiels pour mesurer les impacts a priori.

27Le raisonnement CODD consiste à proposer aux acteurs de construire un modèle de décision basé sur deux séries de pondérations :

• Le poids des quatre domaines (environnement, économie, social et culturel) dans un objectif global de durabilité. Les acteurs cadrent donc leurs objectifs de conception en élaborant une répartition en pourcentage de l’importance des objectifs, pour chacun des quatre domaines. Ainsi, les concepteurs doivent choisir un calcul de déploiement des 100 % de durabilité dans ces quatre domaines. Tout objectif supérieur à 25 % traduit un effort particulier qui doit être compensé par une importance considérée comme plus faible d’un autre des quatre domaines. Les concepteurs peuvent opter pour une approche par scénarios en étudiant plusieurs déploiements.
• Le poids des variables impactantes (tableau 3) sur l’objectif de durabilité. Les concepteurs déploient donc les objectifs par catégories sur les différents impacts possibles. Ils tiennent ainsi compte du contexte local. Par exemple, en reprenant le tableau 13 et, selon le climat, le « confort thermique » aura plus ou moins d’importance sur la notion de « confort », qui aura donc également plus ou moins d’importance sur la dimension « sociale » de la durabilité.

Figure 8

Principe de déploiement et de quantification collective des objectifs

Principe de déploiement et de quantification collective des objectifs

28Ainsi, les concepteurs disposent d’une répartition en base 100 de tous les impacts attendus, et donc des objectifs par nature d’impacts.

29On rappelle ici que la logique CODD n’est pas de représenter ce qu’il faudrait faire, ou la réalité de la perception des usagers, mais bien ce que veulent réaliser les concepteurs. Ainsi, ces deux niveaux de pondération représentent une étape de formalisation des intentions des concepteurs, de leur vision des résultats attendus de la pré-programmation.

4 – Expérimentation : le cas de la rénovation de quartiers à Téhéran

31Afin d’apporter une première preuve de pertinence de notre démarche, une expérimentation a été menée dans le cadre d’un projet de rénovation de quartiers historiques à Téhéran. L’expérimentation se place dans une logique constructiviste au sens où elle cherche à établir si les utilisateurs de la démarche peuvent produire avec celle-ci des résultats valorisables dans la suite du projet, et si cette démarche est diffusable (c’est-à-dire maîtrisée par les acteurs la découvrant et réutilisée a posteriori).

32L’expérimentation a porté sur des quartiers (mantaqeh) du centre et du sud de la capitale. Ces quartiers sont caractérisés par une vétusté de certains bâtiments, une forte connotation culturelle et une sensibilité au risque sismique.

33L’étude a associé cinq cabinets d’architectes et des acteurs locaux de la pré-programmation, soit un total de vingt experts. Elle a été menée en deux temps :

• Premièrement, une étape d’intégration au projet avec réalisation d’une étude de terrain : description des quartiers, recensement des décideurs et identification des enjeux. Cette phase a duré un an.
• Deuxièmement, une mise en œuvre de la démarche et un retour d’expérience ultérieur. Cette phase a duré deux mois.

Tableau 5

37 décisions importantes de pré-programmation en rénovation pour Téhéran

Aperçu du projet Plan d’aménagement (déterminer l’emplacement des bâtiments sur le terrain) Nombre de bâtiments Relation des bâtiments par rapport à eux-mêmes (leur situation par rapport aux autres) Densité Nombre d’étages dans l’immeuble Forme Volume Orientation Ratio de longueur / largeur / hauteur Forme du toit Changements du nombre d’étages Espaces pleins et vides Connexion entre les étages Fonction Accès des chaussées et des piétons Emplacement de l’entrée Repérage des espaces fonctionnels dans les bâtiments Repérage des espaces fonctionnels pour chaque appartement Nombre d’appartements dans l’immeuble Espaces et flux de déplacement interne Parking Eléments de connectivité verticale et horizontale Espaces communs Lumière naturelle Esthétique Eléments architecturaux (intérieur et extérieur) Matériel Surfaces opaques et transparentes Façade (type de) Couleur Qualité de l’éclairage (naturel et artificiel) Détails Style Ambiance Modes de construction Sélection des systèmes structuraux Sélection de la méthode de construction (préfabriqués ou autres) Installation Aménagement de confort (à l’intérieur et l’extérieur) Sélection des installations électroniques Sélection des installations mécaniques Systèmes de sécurité (incendie - Sécurité - séisme etc.)

37 décisions importantes de pré-programmation en rénovation pour Téhéran

34Les impacts définis dans quatre catégories de la durabilité ont été présentés aux décideurs en retenant le recensement des impacts environnementaux potentiels d’une décision de pré-programmation, proposé par Ali et Al Nsairat (2009).

35La matrice décision (ligne)/impact (colonne) (figure 9) a été remplie par les vingt experts individuellement, puis un consensus a été obtenu grâce à la méthode Delphi (Rowe et Wright, 1999). Plusieurs révisions ont conduit à une matrice unanimement approuvée. L’énergie des effets est représentée par un code coloré, de rouge vif pour très fort à bleu foncé pour faible. Les couleurs pastel intermédiaires indiquent des effets plus mitigés. Les cases blanches ont trait à des indécisions.

Figure 9

Matrice décision (ligne) /impact (colonnes) du projet de rénovation

Matrice décision (ligne) /impact (colonnes) du projet de rénovation

36Les concepteurs ont alors défini des objectifs en travaillant sur deux scénarios :

• 25 % de durabilité sur chaque domaine : environnement, économie, social et culturel,
• un scénario discriminant mettant en avant les aspects environnementaux et économiques et donnant une faible importance au domaine culturel (33 % de durabilité économique et environnementale, 20 % pour le social et seulement 14 % pour les aspects culturels).

37Les résultats obtenus montrent une utilisation systématique de la démarche lors des réunions collectives entre acteurs. De plus, lors des enquêtes a posteriori, les concepteurs affirment vouloir réutiliser la démarche et le logiciel. Les raisons évoquées par les experts sont :

• la transformation d’intentions très subjectives sur la durabilité en objectifs formels,
• une objectivation de l’importance de certaines décisions,
• le partenariat établi entre acteurs ne travaillant pas toujours en cohérence,
• la fourniture d’une démarche par phase, facilitant la collaboration entre acteurs de différentes spécialités.

Conclusion et perspectives

38La recherche de méthodes pour concevoir des bâtiments durables se base sur des méthodologies et des évaluations a posteriori, les chercheurs tentant de mieux comprendre les éléments architecturaux qui influencent positivement la durabilité. Cette recherche opte pour une réflexion de type conception à objectif désigné. Nous avons ainsi développé une méthodologie, que nous avons appelée conception à objectif de durabilité désigné (CODD). Le but est de faire construire par les concepteurs eux-mêmes les limites de l’espace des critères d’acceptabilité de leurs futures solutions (ici liées aux quatre dimensions du développement durable que nous avons analysées – l’économie, l’environnement, les aspects sociaux et les aspects culturels). Il conviendra d’étudier plus tard si cette approche restreint l’espace des solutions étudiées ou si, au contraire, elle stimule l’innovation par la recherche de nouvelles solutions permettant (enfin) d’atteindre les objectifs de durabilité fixés.