L’architecture bioclimatique est une technique ancestrale dont les enjeux actuels de la maitrise de l’énergie remettent en avantactuels de la maitrise de l’énergie remettent en avant en l’intégrant dans la RT 2012. En effet, de tout temps les hommes ont cherché à se protéger des aléas du climat tout en profitant des apports naturels et atouts du lieu pour en tirer le meilleur. Ainsi une maison bioclimatique est principalement conçue pour capter un maximum l’énergie solaire, la stocker et la rediffuser tout en évitant les déperditions.
FORME ET VOLUME
Tout d’abord pour limiter les besoins de chauffage, il est préconisé de jouer avec les surfaces. Une maison de 100m² rectangulaire aura plus de surfaces déperditives qu’une maison carrée (périmètre plus important) et coûte en plus un peu plus cher ! De même que dans un volume carré, le système de chauffage d’appoint lui sera rayonnera plus uniformément.
Maison carré de 10m sur 10m : Aire = 10*10 = 100m² / Périmètre : 10 * 4 = 40m de mur
Maison rectangulaire de 20m sur 5m : Aire = 20 * 5 = 100m² / Périmètre : 20*2 + 10*2 = 50m de mur
Toujours pour une même surface, et pour les mêmes raisons, une maison de plein pied sera plus énergivore. Dans une maison à étage, la chaleur du rez-de-chaussée montera naturellement par convection réduisant les besoins en chauffage. Dans tous les cas, il faudra rechercher une géométrie la plus compacte tout en pondérant avec la priorité donnée à la façade sud.
Plus un volume est important, plus il faut chauffer. Ainsi des plafonds plus bas pour les pièces au nord peuvent être envisagé (buanderie, cellier, arrière cuisine…), cela réduira le volume a chauffer sans gêner les occupants (et cela réduit les coûts de matériaux).
Les angles droits de l’enveloppe d’un bâtiment sont monnaie courante dans l’habitat mais ils sont fortement déperditifs (ponts thermiques). En effet, dans un angle, la surface directement en contact avec l’extérieur est très importante. On peut limiter ces pertes de chaleur avec des angles moins importants (biseautés), les angles ronds étant les plus compétitifs (mais les plus difficiles à mettre en oeuvre donc plus cher). De plus, les angles droits sont à l’intérieur le siège de stagnation de l’air (condensation, poussière).
SOLEIL ET ÉNERGIE
La serre
Une maison bioclimatique est orientée au sud (+/– 20° est-ouest) afin de profiter au maximum des rayons du soleil l’hiver source de lumière et de chaleur. A cette période de l’année les rayons sont plus bas (entre 20° et 45° environ) et en traversant les vitrages, il se produit un phénomène d’effet de serre qui va produire de la chaleur. Une serre va augmenter les performances thermiques de la maison et bien mise en œuvre pourra réduire les besoins en chauffage de 40% à 50 % !
Pour que tout cela soit réalisé dans des conditions optimum, il convient tout d’abord de bien choisir son terrain et l’implantation de la maison dessus. Celui-ci doit au moins avoir une partie ensoleillé toute l’année. Il faut examiner qu’il n’y ait pas d’écran qui pourrait faire facilement de l’ombre basse l’hiver (végétation persistante, bâtiment adjacent). Dans l’idéal, l’accès des véhicules se fera par le nord. Le terrain en pente orienté vers le nord est déconseillé.
Pour concevoir le plan, l’orientation des baies est donc primordiale. Les pièces principales de vie devront recevoir à un moment ou à un autre de la journée le soleil (pensez aussi à la vue !). Ainsi pour chaque orientation, on trouvera de préférence :
- A l’est, le soleil du matin : chambre, cuisine, salle de bain (pour se lever avec le soleil), véranda (pour éviter la surchauffe de l’après-midi) ;
- Au sud la lumière et l’énergie : serre, séjour, cuisine (pièces de vie, protégées pour l’été) ;
- A l’ouest, le soleil du soir : pièce de vie, chambre (mais attention à se protéger du soleil de l’après-midi et du soir l’été) ;
- Au nord, les vents froids : garage, buanderie, cellier, atelier, sas d’entrée (pièces tampons sans trop besoin de lumière pouvant supporter un minimum de petites ouvertures, voir s’en passer).
En résumé, la serre est un espace de vie qui sert de production de chaleur, de stockage et de restitution. Mais attention, l’été il sera indispensable de se protéger des rayons du soleil notamment du midi jusqu’au soir. Le soleil à cette période de l’année peut provoquer des surchauffes (orientation de 45° à 70°). Pour les prévenir, il suffit de prévoir des « casquettes » sorte d’écran au soleil d’été : débord de toit, brise-soleil, pergola, arbre à feuille caduque, persiennes…
Les matériaux
- Matériaux de stockage : Pour stocker la chaleur produite par le soleil et pouvoir la restituer pendant la nuit, il est important de choisir des matériaux ayant une forte inertie thermique (ex : terre, béton, pierre, brique). Ceux-ci pourront exprimer pleinement leur potentiel quand la structure est isolée par l’extérieur, de plus cela limite les déperditions des ponts thermiques.
- Matériaux d’isolation : Une bonne isolation permet de compléter le dispositif en gardant la chaleur gratuite. Les matériaux vont ralentir les transferts de chaleur.
Certains matériaux ont l’avantage d’isoler en même temps qu’ils stockent tout en pouvant participer à la structure de l’enveloppe comme le bois massif (ou la brique monomur, béton cellulaire).
Les murs capteurs et murs Trombe-Michel
Le mur capteur est un mur accumulateur de chaleur par captage solaire (donc orienté au sud). Il est constitué d’une vitre, d’une lame d’air et d’une paroi avec un matériau à forte inertie recouvert d’une couleur sombre pour un maximum de captage. Quand le rayonnement solaire traverse le vitrage, il chauffe la masse d’air derrière qui diffuse à son tour cette chaleur par conduction dans la structure. Celle-ci rayonnera à son tour cette chaleur dans l’habitat avec un temps de déphasage calculé (pour la nuit). Par une belle journée ensoleillée d’hiver, cette lame d’air peut monter jusqu’à 100°C en quelques dizaines de secondes !
La conduction est un mode de transfert thermique spontané provoqué par une différence de température entre deux régions d'un même milieu, ou entre deux milieux en contact. Le transfert se faisant d’une région de température élevée vers la température plus basse (ex : tenir une tige de fer plongée dans une flamme).
Le mur Trombe-Michel (plus souvent appelé mur Trombe) doit son nom de ses inventeurs (Félix Trombe et Jacques Michel). C’est un mur capteur accumulateur sauf qu’il est équipé d’un système de circulation d’air. L’air froid arrivant par le bas est réchauffé dans la lame d’air et est injecté dans l’habitat (coupé le soir et monté à l’inverse l’été). Il permet donc en plus une circulation de l’air : en renouvellement d’air en circuit ouvert, et en chauffage de pièces sans apport solaire en circuit fermé.
Mais attention, pour être fonctionnel, le mur ne doit pas avoir d’isolant à l’intérieur comme à l’extérieur. Avec la réglementation thermique actuelle, l’efficacité thermique du mur capteur est inférieure à un mur normalement isolé. Il faut alors l’équiper d’un double vitrage aux performances thermiques (Ug <1) pour retrouver un rendement équivalent mais cela augmente le coût de l’équipement. Un mur capteur peut être facilement mis en œuvre lors d’une rénovation par l’extérieur. Le mur Trombe peut être lui pensé pour un local non chauffé (type atelier) afin de lui apporter un chauffage passif mais dans tous les cas, il devra comme la serre être protégé des rayons l’été.
RENOUVELLEMENT D'AIR
Aujourd’hui, on utilise le principe des murs capteurs da ns le renouvellement de l’air grâce aux panneaux photovoltaïques ou aux capteurs solaires thermiques. Ceux-ci ont besoin pour fonctionner de façon optimale, d’être bien ventilé en dessous pour éviter la surchauffe. Ils sont donc posés hermétiquement sur une lame d’air. Cet air arrive par le bas de l’installation, se réchauffe le long des panneaux et est injecté par le haut dans la maison soit naturellement soit via une VMC double flux. Bien évidemment un thermostat coupe le circuit intérieur en été. De simple panneau trombe existe également. Ils ne font office que de chauffage par l’air et se fixent sur un mur bien exposé. Une percé dans une paroi diffuse alors l’air réchauffé.
Le puits canadien ou puits provençal, permet d’utiliser la température du sous-sol naturellement située au environde 13°C à 2m de profondeur, pour réchauffer l'air l'hiver et la rafraichir l'été.
VENTS
Le vent est généralement bienvenu en été. En hiver, par contre, il est source de refroidissement de l’enveloppe. La conception bioclimatique cherche à s’en protéger pour se refroidir moins vite : meilleur étanchéité/isolation des façades exposées, réductions des ouvertures, pose de triple vitrage, pièces tampons… Le relief et le sol peuvent permettre d’intervenir pour se protéger : aménager des buttes ou remblais de terrains, créer des écrans végétaux avec des arbres persistants au nord, jouer avec la forme architecturale et le relief… Pouvoir jouer avec la configuration du sol, permet également d’utiliser son inertie afin de réguler les températures.
Conclusion
Vous l'aurez compris, le bioclimatisme n'est pas synonyme de pergola !
Tous ces éléments de conceptions bioclimatiques sont-ils nécessaires dans notre région ? La réponse est OUI ! Que l'on soit de Niort, de Bretagne ou de la montagne, de la Scandinavie ou de l'Andalousie, tous ses éléments font partis du bon sens de la construction. Ils sont une notion importante de votre bien être à l'intérieur mais essentiel pour la transition énergétique.