Maison passive et jumeau numérique : conception écologique

La maison passive est un bâtiment conçu pour être à faible consommation d’énergie. Voici comment les jumeaux numériques soutiennent la conception de ces bâtiments écologiques pour répondre aux défis climatiques actuels.

Dans le contexte de l’urgence climatique qui façonne notre monde, la nécessité d’adopter des pratiques de conception écologique est devenue cruciale. Avec l’augmentation du réchauffement climatique et le besoin urgent de réduire les émissions de carbone, l’industrie de la construction évolue de plus en plus vers des solutions innovantes et responsables. Dans ce contexte, les maisons passives émergent comme des pionniers de l’écologie, représentant l’avenir tangible de la conception respectueuse de l’environnement.

En conséquence, la demande pour cette forme avancée de conception écologique est en constante augmentation et entraînera une augmentation de la demande d’architectes, d’ingénieurs et de spécialistes de la conception et de la mise en œuvre de ce type de solutions. Pour répondre à la demande croissante de travail dans la conception de maisons passives et de bâtiments respectueux de l’environnement en général, une accélération de la recherche et du développement de nouvelles technologies est nécessaire. Dans ce contexte, le jumeau numérique peut être une ressource importante pour tous les professionnels. Vous pouvez commencer dès maintenant à explorer les possibilités de cette technologie en utilisant gratuitement un logiciel de jumeau numérique.

Dans cet article, nous approfondissons le concept de maisons passives et de jumeaux numériques, et nous explorons comment la technologie du jumeau numérique peut soutenir les professionnels dans la conception de maisons passives.

Interface du logiciel usBIM pour la création d’un jumeau numérique

Qu’est-ce qu’une maison passive ?

Une maison passive est une habitation extrêmement efficace du point de vue énergétique, conçue pour réduire au maximum la consommation d’énergie pour le chauffage, la climatisation et la ventilation. Ces maisons sont construites selon des normes rigoureuses visant à atteindre un bilan énergétique presque neutre.
Les éléments qui caractérisent une maison passive sont :

isolation thermique exceptionnelle : les murs, les planchers et les toits d’une maison passive sont extrêmement bien isolés pour éviter la perte de chaleur en hiver et la surchauffe en été. Des matériaux isolants de haute qualité sont utilisés pour minimiser la perte de chaleur à travers les surfaces du bâtiment ;
fenêtres et des portes à haute efficacité énergétique : les fenêtres et les portes sont équipées de doubles ou triples vitrages, souvent avec des revêtements spéciaux à faible émissivité, qui empêchent la fuite de chaleur et réduisent l’entrée de rayonnements solaires indésirables ;
systèmes de ventilation contrôlée : un système de ventilation mécanique contrôlée (VMC) assure un renouvellement d’air constant sans perte excessive de chaleur. Ce système récupère la chaleur de l’air vicié, contribuant ainsi au chauffage de l’air frais provenant de l’extérieur ;
absence de ponts thermiques : les ponts thermiques, qui sont des zones où l’isolation est interrompue, sont éliminés ou réduits au minimum. Cela empêche la perte de chaleur à travers les points faibles de la structure du bâtiment ;
conception orientée vers le soleil : la disposition des éléments architecturaux et des fenêtres est soigneusement étudiée pour maximiser l’énergie solaire. Cela peut contribuer au chauffage passif en hiver.

Le rôle crucial des énergies renouvelables dans les maisons passives

Les maisons passives sont un jalon dans l’architecture durable, s’engageant à réduire au minimum la consommation d’énergie grâce à une approche intelligente de la conception et de l’efficacité. Cependant, les éléments de construction d’une maison passive à eux seuls ne sont pas suffisants pour répondre complètement aux besoins énergétiques de l’habitation. Il est donc essentiel d’intégrer des sources d’énergie renouvelable provenant de ressources naturelles telles que le soleil, la terre, l’eau et le sol.

C’est pourquoi, dans la conception d’une maison passive, il est généralement envisagé d’avoir un toit avec un système photovoltaïque capable d’utiliser l’énergie solaire pour produire de l’eau chaude à utiliser à la fois à des fins sanitaires et pour le chauffage intérieur. Ou l’installation d’un toit vert peut être envisagée pour améliorer l’isolation thermique et acoustique du bâtiment. Dans le cas d’une maison passive avec un jardin, il est possible d’utiliser l’énergie géothermique à travers un système de pompe à chaleur sol- eau connecté à des sondes dans le sol. Ces sondes captent la chaleur du sol et la transfèrent aux panneaux radiants à l’intérieur de la maison, assurant un chauffage efficace et durable. Pendant l’été, le processus est inversé : la fraîcheur du sol est dirigée des panneaux vers les sondes, contribuant à maintenir un climat frais et confortable dans toute l’habitation.

En conclusion, grâce à la combinaison appropriée d’une conception avancée et de technologies énergétiques renouvelables, la conception de maisons passives peut réduire l’impact environnemental et offrir un environnement de vie durable et incroyablement confortable pour ses habitants.

Avantages de la maison passive

Une maison passive représente l’avenir de la construction durable. Grâce à l’adoption de technologies innovantes et à une conception soigneuse, ces maisons présentent une approche de l’habitation à la fois écologique et économiquement avantageuse. Les avantages offerts par la conception de maisons passives sont nombreux, parmi lesquels :

efficacité énergétique élevée : elles réduisent considérablement la consommation d’énergie pour le chauffage et la climatisation, entraînant des économies importantes à long terme ;
confort supérieur : elles garantissent un confort thermique constant et une qualité de l’air intérieur supérieure grâce aux systèmes de ventilation contrôlée ;
réduction des émissions de CO2 : elles contribuent à réduire les émissions de gaz à effet de serre grâce à une moindre dépendance aux sources d’énergie traditionnelles ;
soutenabilité environnementale : elles favorisent la préservation des ressources naturelles et la soutenabilité environnementale grâce à l’utilisation de matériaux écologiques et à l’adoption de pratiques de construction responsables.

Qu’est-ce qu’un jumeau numérique ?

Le concept de jumeau numérique a gagné une attention considérable et une application pratique dans divers secteurs, y compris la construction, émergeant comme une technologie clé dans l’ère numérique contemporaine. Mais que signifie exactement «jumeau numérique» ?

Un jumeau numérique est une représentation virtuelle, un modèle numérique agissant comme un miroir de son homologue physique, fournissant une vue dynamique en temps réel d’un objet, d’un processus ou d’un système. Ce modèle n’est pas statique ni limité à une simple réplique visuelle ; il est alimenté et constamment mis à jour par des données provenant de diverses sources, telles que des capteurs, des appareils IdO et des plates-formes de surveillance, créant une image numérique reflétant et simulant l’état actuel et les conditions de fonctionnement de l’entité physique.

La mise en œuvre d’un jumeau numérique dans le secteur de la construction ne se limite pas à la phase de conception ou de construction, mais s’étend sur l’ensemble du cycle de vie de l’objet physique, de sa conception à sa démolition. Les informations détaillées et mises à jour fournies par le jumeau numérique aident les utilisateurs à surveiller les performances, à prévoir et à identifier les problèmes potentiels, et à optimiser la maintenance et la gestion de l’objet physique.
De plus, le jumeau numérique n’est pas une entité isolée, mais il est capable de créer un pont numérique reliant les données, les processus et les personnes, facilitant un flux bidirectionnel d’informations et permettant une interaction dynamique entre l’objet physique et son modèle numérique. Le jumeau numérique devient ainsi un «point de vérité unique», offrant une source fiable et cohérente d’informations sur laquelle baser des décisions éclairées et des stratégies opérationnelles.

Données et informations du jumeau numérique d’un bâtiment

Création et fonctionnement d’un jumeau numérique

La création d’un jumeau numérique commence par la construction d’un modèle numérique précis de l’objet physique ou du système en question. Il ne s’agit pas simplement d’une réplique visuelle, mais intègre une série de données et d’informations permettant de refléter et de simuler le comportement et les conditions de l’entité réelle dans un environnement virtuel. La création du jumeau numérique peut utiliser différentes technologies et méthodologies, notamment la photogrammétrie terrestre, qui utilise des photographies et des mesures de référence pour créer des modèles précis et détaillés, ainsi que l’utilisation de modèles 3D, souvent réalisés à travers des plates-formes de modélisation BIM dans le contexte de la construction.

Le fonctionnement du jumeau numérique est étroitement lié à sa capacité à simuler, analyser et prédire le comportement de l’objet physique, offrant aux utilisateurs un moyen d’effectuer des expériences, de tester des scénarios hypothétiques et de prendre des décisions éclairées sans interférer avec l’objet réel. Cela est rendu possible grâce à l’utilisation de moteurs de simulation avancés et de technologies de rendu, qui permettent de visualiser et d’interagir avec l’environnement virtuel de manière réaliste et détaillée.

Cependant, la création et la gestion d’un jumeau numérique exigent une compréhension approfondie et l’intégration de diverses technologies et disciplines, notamment l’Internet des Objets (IdO), l’intelligence artificielle (IA), l’apprentissage automatique (machine learning ML) et l’analyse des données, tous convergents pour fournir un modèle numérique qui non seulement reproduit, mais enrichit également la réalité physique avec des idées avancées et des fonctionnalités.

Intégration des Données et de l’IdO

L’une des caractéristiques fondamentales du jumeau numérique est sa capacité à intégrer des données provenant de multiples sources, créant un modèle non seulement représentatif, mais également dynamique et réactif aux variations de l’état de l’objet physique. Les données peuvent provenir de capteurs, d’appareils IoT et d’autres plates-formes de surveillance, fournissant des informations en temps réel sur l’état, les conditions et les performances de l’objet physique.
L’Internet des Objets (IoD) joue un rôle crucial dans ce contexte, offrant les moyens de collecter, de transmettre et de recevoir des données entre le jumeau numérique et l’objet physique. Les capteurs et les appareils IoT installés sur l’objet physique recueillent des données relatives à divers paramètres et les transmettent au jumeau numérique, qui utilise ensuite ces informations pour mettre à jour le modèle et refléter les conditions actuelles de l’objet réel. Cette intégration continue des données permet au jumeau numérique de fonctionner comme un point de vérité unique, «a single point of truth,» offrant une vue cohérente, précise et opportune de l’objet ou du système en question.

De plus, l’intégration des données dans le jumeau numérique ne se limite pas à la simple collecte et visualisation des informations. Les données sont analysées, interprétées et utilisées pour alimenter des simulations, prévoir des tendances et identifier des problèmes potentiels ou des domaines d’optimisation. De cette manière, elles favorisent une gestion proactive et basée sur les données de l’objet physique.

Réalité virtuelle et augmentée dans le jumeau numérique

La réalité virtuelle (VR) et la réalité augmentée (AR) sont des technologies qui permettent aux utilisateurs de s’immerger et d’interagir avec des environnements virtuels ou de superposer des éléments virtuels au monde réel. Dans le contexte du jumeau numérique, la VR et l’AR offrent des opportunités uniques pour visualiser, explorer et interagir avec le modèle numérique de manière intuitive et immersive :

visualisation immersive : la VR permet aux utilisateurs d’explorer l’environnement numérique du jumeau numérique de manière immersive, offrant une compréhension plus profonde et intuitive de la structure et des dynamiques de l’objet physique ;
interaction avancée : l’AR permet de superposer le jumeau numérique sur le monde réel, fournissant des informations et des données en temps réel tout en interagissant avec l’objet physique, facilitant des opérations telles que la maintenance, l’inspection et la formation ;
simulation et expérimentation : VR et AR permettent de simuler divers scénarios et conditions dans le jumeau numérique, permettant aux utilisateurs de tester et d’expérimenter des stratégies et des solutions dans un environnement virtuel sécurisé avant de les mettre en œuvre dans le monde réel.

Comment le jumeau numérique supporte la conception d’une maison passive

Le jumeau numérique peut représenter une innovation révolutionnaire dans la construction écologique, car il offre une vision complète et détaillée des performances des bâtiments. L’avenir de la conception de maisons passives efficaces et hautement confortables réside sans aucun doute dans l’utilisation de cette technologie.
Ainsi, si vous envisagez de profiter de la demande croissante en matière de solutions durables à faible impact environnemental pour répondre à l’urgence environnementale croissante, je vous recommande de commencer immédiatement à explorer l’utilisation d’un logiciel de jumeau numérique et d’expérimenter vous-même les avantages qu’il peut offrir à travers :

la création d’environnements virtuels ;
la simulation et l’interaction réaliste ;
la prise de décision basée sur les données.

Création d’environnements virtuels

La création d’environnements virtuels dans le jumeau numérique va au-delà de la simple modélisation 3D de l’objet physique. Il s’agit de construire un écosystème numérique qui reflète non seulement la forme et la structure de l’objet, mais aussi ses fonctionnalités, ses dynamiques opérationnelles et ses interactions avec d’autres objets ou l’environnement environnant.

La création d’environnements virtuels à l’intérieur du jumeau numérique joue un rôle crucial dans la conception de maisons passives car elle permet d’obtenir une modélisation extrêmement détaillée. En effet, l’environnement virtuel dans le jumeau numérique est modélisé avec un haut degré de précision pour garantir qu’il reflète fidèlement l’objet physique et ses caractéristiques. Dans de tels environnements virtuels, il est possible d’expérimenter la disposition des espaces intérieurs et extérieurs du bâtiment. Cela inclut l’optimisation de la disposition des pièces, des fenêtres et des cloisons pour maximiser l’éclairage naturel, améliorer la circulation de l’air et réduire le besoin d’éclairage artificiel ainsi que de chauffage/refroidissement excessifs. De plus, il est possible de tester différentes options de matériaux de construction pour évaluer leur impact environnemental et leur efficacité en matière d’isolation thermique.

Simulations et interactions réalistes

La possibilité de conduire des simulations et des interactions réalistes dans le jumeau numérique permet d’expérimenter, de tester et d’optimiser divers scénarios, stratégies et solutions dans un environnement virtuel sécurisé avant de les mettre en œuvre dans le monde réel. En effet, le jumeau numérique offre aux architectes et aux ingénieurs la possibilité de :

effectuer des simulations dynamiques : le jumeau numérique permet de simuler des dynamiques opérationnelles, des flux de travail et des scénarios variables, offrant des informations sur les performances, l’efficacité et d’éventuels goulots d’étranglement ou problèmes dans l’objet physique ;
interagir en temps réel : les utilisateurs peuvent interagir avec le jumeau numérique en temps réel, en modifiant divers paramètres, en activant ou désactivant des fonctions et en observant les effets de leurs actions dans l’environnement virtuel ;
effectuer des analyses détaillées : les simulations et les interactions dans le jumeau numérique fournissent des données précieuses qui peuvent être analysées pour évaluer l’efficacité des différentes stratégies, identifier des domaines d’amélioration et optimiser les opérations et les décisions.

Dans le domaine de la conception de bâtiments durables, ces simulations sont un outil puissant pour analyser et expérimenter les performances du bâtiment dans divers scénarios et améliorer son efficacité énergétique, sa durabilité et le confort des occupants.

Prise de décisions basée sur les données

Le jumeau numérique ne fournit pas seulement une plateforme pour la collecte et l’analyse des données, mais aussi un moyen de faciliter la prise de décisions basée sur les données. Les idées et les informations découlant de l’analyse des données dans le jumeau numérique peuvent être utilisées pour informer et guider les décisions à toutes les étapes du cycle de vie de l’objet physique, de la conception à la construction, en passant par la maintenance et l’optimisation.

Les décisions basées sur les données tirées du jumeau numérique sont informées, opportunes et ciblées, et permettent aux professionnels du secteur d’agir de manière proactive plutôt que réactive. Cela revêt une grande importance dans la conception de bâtiments durables car cela permet de :

identifier les besoins en consommation d’énergie : en collectant des données sur la demande énergétique, y compris les pics de consommation et les modèles d’utilisation, il est possible de mieux comprendre comment le bâtiment sera utilisé. Ces informations aident à concevoir des systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation (CVC) optimisés, réduisant ainsi la consommation d’énergie et les émissions de gaz à effet de serre ;
surveiller et gérer la consommation d’énergie : les systèmes de surveillance basés sur les données permettent de suivre en temps réel la consommation énergétique du bâtiment. Ces données sont essentielles pour identifier les gaspillages et les inefficacités, permettant la correction rapide des anomalies et l’optimisation des systèmes pour maximiser l’efficacité énergétique ;
optimiser l’éclairage et le contrôle environnemental : les données sur l’éclairage, y compris les niveaux de lumière naturelle et artificielle dans différentes parties du bâtiment, contribuent à concevoir des systèmes d’éclairage qui s’allument uniquement lorsque et où ils sont nécessaires. Cela réduit la surconsommation d’énergie. De plus, les données sur l’humidité, la température et le débit d’air peuvent être utilisées pour réguler automatiquement l’environnement intérieur, optimisant le confort des occupants sans gaspillage d’énergie ;
analyser le cycle de vie et les matériaux de construction : l’analyse basée sur les données du cycle de vie des matériaux permet d’évaluer l’impact environnemental de chaque matériau utilisé dans la construction. Cela aide à choisir des matériaux durables et à réduire l’impact environnemental global du bâtiment ;
obtenir une rétroaction continue pour l’optimisation : les données collectées après l’occupation du bâtiment fournissent une rétroaction précieuse sur les performances en temps réel. Les métriques d’utilisation, les habitudes des occupants et les données sur la consommation d’énergie aident à optimiser les systèmes existants et à guider les décisions pour les futures conceptions durables.

Données dans le jumeau numérique

Exemples d’utilisation du jumeau numérique pour les maisons passives

Le jumeau numérique offre une large gamme d’applications pratiques dans le domaine de la conception de maisons passives. En voici quelques-unes :

possibilité de simuler et d’optimiser le comportement du bâtiment dans différents scénarios. Cela inclut une analyse détaillée des performances énergétiques, permettant aux concepteurs d’identifier les inefficacités et d’apporter des modifications dans le processus de conception pour maximiser l’efficacité énergétique ;
gestion avancée des systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation (CVC), en ajustant dynamiquement ces fonctions pour s’adapter aux besoins des occupants et aux variations climatiques en temps réel ;
création de modèles de simulation interactifs qui impliquent les occupants dans la gestion de la consommation d’énergie. Ces modèles permettent aux utilisateurs de visualiser l’impact de leurs actions sur la consommation d’énergie du bâtiment, les encourageant à adopter des pratiques plus durables ;
analyse des données historiques et en temps réel sur l’utilisation de l’énergie, l’efficacité opérationnelle et la maintenance préventive. Cette analyse de données informée soutient les décisions stratégiques dans la gestion continue des maisons passives, garantissant qu’elles sont non seulement durables dans le présent, mais aussi à long terme.