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LE BIOCLIMATISME A LA LOUPE

Voici la version HTML du panneau d'exposition présenté lors des manifestations à laquelles participe la société.

Celui-ci présente le fonctionnement de la conception bioclimatique qui, l'hiver, permet de récupérer des calories et donc de diminuer sensiblement les besoins de chauffage, et l'été, rafraichit la maison et la protège des surchauffes, le tout gratuitement.

Le soleil

Le soleil envoie vers la Terre en permanence une quantité d'énergie qui correspond à peu près à 700 W/m² (pour une surface horizontale, en France). Le but du bioclimatisme est de tirer parti de cette énergie gratuite pour répondre aux besoins de chaleur de l'habitation.

La trajectoire du soleil

La trajectoire du soleil varie tout au long de l'année. En hiver, il se lève au sud-est et termine sa course très tôt au sud-ouest après un parcours très bas sur l'horizon. En été, il fait presque un tour complet, du nord-est au nord-ouest, et il monte très haut dans le ciel.

Ce changement de trajet modifie donc profondement la quantité d'énergie que chaque paroi de la maison va recevoir au fil des saisons (schéma à droite). Ainsi, le sud est la surface qui recoit le plus d'apports en hiver et également celle qui en recoit le moins en été.
En effet, lors du solstice d'été, le soleil est presque à la verticale, les vitrages horizontaux sont donc protégés car le rayonnement solaire frappe la toiture et ombre les façades vitrées.

Aussi, le bioclimatisme va tirer parti de chaque orientation en fonction de ces données :

• Le nord aura le minimum de fenêtres parce qu'elles ne captent ni énergie, ni lumière. Les fenêtres étant des points faibles au niveau thermique, toute fenêtre positionnée au nord va faire augmenter les déperditions et rester malgré tout très sombre.
• L'est et l'ouest auront des vitrages, mais il faudra impérativement pouvoir les occulter dans la saison chaude. En effet, le soleil redescendant sur l'horizon en milieu de journée, elles capte
• Le sud aura le maximum de vitrages, pour capter le maximum de chaleur.

La forme

Le volume de la maison détermine ses déperditions thermiques. La forme la plus efficace est un rectangle légèrement allongé est-ouest.
C'est en hiver que l'on a besoin de se chauffer, et aussi du soleil. Il faut avoir la surface sud la plus grande possible. Mais pas trop grande car de l'autre côté se trouve le nord, perpetuellement dans l'ombre et froid. L'ouest et l'est n'apportent rien en hiver et sont la cause des surchauffes en été, ces deux parois doivent donc être les plus petites possibles.

Le volume

Plus le volume est compact et moins il y aura de surfaces exposées aux intempéries, et donc aux déperditions.
Plus la forme est simple et moins il y aura de turbulences créées par le vent qui génèrent elles aussi des déperditions de chaleur importantes.

Le volume devrait également tendre à réduire la taille de la face nord de la maison, soit en faisant descendre le toit plus bas, soit en enterrant une partie des pièces au nord.

La toiture

Dans l'absolu, la toiture devrait prendre en compte deux paramètres : la pluviométrie et les vents dominants. Sa position et sa pente devrait être optimisée pour diminuer les nuisances du vent tout en protégeant efficacement de la pluie. L'idéal est une toiture à faible pente, végétalisée. En France, il est pourtant généralement impossible de le faire car c'est très souvent interdit.

 

Le capteur

L'effet de serre

Le soleil nous envoie son énergie sous forme de rayons infrarouges mais surtout de lumière. Lorsque celle-ci est bloquée par une surface opaque, elle se transforme en chaleur et la surface opaque se réchauffe. La surface va réémettre cette énergie sous forme d'infrarouges, invisibles, mais sensibles sous forme de chaleur.

Le verre est transparent pour la lumière mais bloque les infrarouges si l'on met une vitre devant notre surface opaque. L'ensemble des deux va toujours capter l'énergie solaire et la réémettre en infrarouge.

Sauf que :
Le verre bloque les infrarouges et les réémet systématiquement dans toutes les directions, y compris vers la plaque. Celle-ci reçoit donc plus de rayonnementà la fois de la lumière du soleil mais aussi des infrarouges du verre.
En conséquence, la température de la plaque augmente ; c'est l'effet de serre.

Capteur passif :

Ainsi, capter l'énergie solaire va consister principalement à faire passer la lumière au travers d'une vitre avant qu'elle ne se transforme en chaleur sur la surface opaque.

On appelle cela le "solaire passif" parce qu'il n'y a pas de détecteur qui met en marche un système : s'il y a du soleil, on le capte automatiquement. Rentrent dans cette catégorie les fenêtres, serres et vérandas, baies vitrées, murs trombe...

Le capteur passif fait partie de la maison, ses vitres sont donc verticales. C'est la meilleure disposition pour capter le soleil en hiver quand il est bas sur l'horizon, et le réflechir l'été quand il est haut. En effet, plus l'angle d'incidence entre le rayon et la vitre s'éloigne de 90° et plus grand est la proportion de lumière qui est réflechie.

Capteur actif :

Il n'est pas toujours évident de placer un capteur à l'endroit le plus exposé au soleil, c'est pourquoi on peut mettre un capteur au soleil, et insérer dans sa paroi opaque une conduite pour un fluide (air, eau, etc...) qui va jusqu'à un échangeur pour stocker la chaleur (ballon d'eau) ou à la diffuser directement (radiateur, ventilateur).
Il s'agit alors d'un capteur actif. Rentrent dans cette catégorie tous les capteurs mécanisées : capteurs à eau pour chauffage ou chauffe-eau, capteur à air, systèmes hybrides air/eau, capteur à galet...

L'avantage est que la surface peut être complétement noire, et le capteur positionné au mieux. Généralement, ils sont plus performants que les capteurs passifs mais plus chers et demandent un entretien régulier.

L'inertie

Transferts de chaleur

Une fois convertie en chaleur, l'énergie solaire se propage de trois manières :

• Conduction : le mur réchauffe la main qui se pose dessus.
• Convection : l'air de la pièce se réchauffe au contact du mur et s'échappe vers le haut en étant remplacé par de l'air froid.
• Rayonnement : le mur émet de la chaleur dans toutes les directions, en ligne droite.
  

Restitution

La conduction n'a aucun intérêt pour nous réchauffer. La convection n'a lieu efficacement qu'à des températures élevées, elle chauffe principalement le haut des pièces en laissant le bas froid. Le rayonnement est idéal car il est homogène dans toutes la pièce. C'est le mur de la maison dans son entier qui joue le rôle de radiateur, il n'y a donc pas de zones trop chaudes ou trop froides dans la pièce.

Pour jouer ce rôle, le mur doit pouvoir absorber la chaleur pendant le jour, et la restituer la nuit. Ceci est possible en utilisant des matériaux lourds et massifs comme la pierre, la terre crue ou cuite, le béton, etc...
On appelle cette capacité l'inertie. Le mur accumule la chaleur au cours de la journée pour ne la restituer qu'au cours de la nuit.

La couleur

Pour que le mur puisse transformer la lumière en chaleur il faut qu'il l'absorbe. La couleur joue alors un grand rôle : s'il est blanc, il réflechira la chaleur sans chauffer. Au contraire, une paroi sans inertie qui est noire va rapidement devenir brûlante, ce qui n'est pas non plus le but recherché.
La couleur des pièces n'est pas uniquement un choix esthétique.

 

L'isolation

L'enveloppe

La chaleur sort de la maison par trois modes de propagation :

• La conduction vers le sol en passant par les fondations.
• La convection à cause du vent sur les murs extérieurs et sur le toit.
• Le rayonnement de toutes les parois.

Pour que la chaleur soit disponible, il faut réussir à la conserver.

Sans isolation - Avec isolation

On enveloppe donc la construction d'isolant, en emprisonnant les murs à inertie à l'intérieur. L'isolant se trouve donc à l'extérieur.

Pièces tampon

Pour compléter l'isolation, la répartition des pièces doit mettre les pièces de vie vers le sud et les pièces auxilliaires de service vers le nord (cellier, buanderie, garage, grenier, atelier, etc).
Ces pièces ne sont pas forcément chauffées mais elles créent un espace "tampon" qui ralentit les pertes de chaleur.

 

La protection d'été

Le toit

Bioclimatique implique d'avoir chaud en hiver mais il ne faut pas que cela soit synonyme de "chaud en été". La maison est conçue comme un gros capteur solaire pour l'hiver avec des vitrages verticaux au sud. Cela contribue à protéger des surchauffes car en été une grande partie des rayons du soleil sont réflechis parce que leur angle d'incidence est trop élevé.

Malgré tout la quantité d'énergie captée est trop importante, il faut donc s'en protéger par des avancées de toit. Avec une juste proportion, elles permettront de laisser entrer largement le soleil d'hiver, et de laisser dehors celui d'été.

Ces protections sont dites "passives", car elles fonctionnent sans efforts et sans surveillance. Plus le soleil est haut, plus il fait chaud, et plus elles protègent la maison. En outre, la maison est à l'ombre mais elle n'est pas dans le noir.

L'inertie

De même que le mur chauffe lentement en hiver, il fonctionne pareil l'été : il absorbe la chaleur le jour et la restitue la nuit. Ainsi avec une aération nocturne, on peut conserver une température fraiche pendant toute la journée.

La végétation

Essences et ombrages :

Les arbres sont des climatiseurs naturels : ils génèrent de l'ombre, humidifient l'air par évaporation, baissent sa température et le purifie. L'arbre ne crée pas une ombre étouffante, contrairement au parasol. Il ne consomme pas d'électricité contrairement au climatiseur. il ne fait pas de bruit contrairement au ventilateur.

Il ne demande pas d'entretien, se répare tout seul et devient plus solide au fil des ans. Toutes qualités plutôt rares quant il s'agit des produits manufacturés.

Etudier le terrain est le point de départ d'une démarche bioclimatique, l'environnement extérieur actuel ou futur est prévu pour cohabiter au moeux avec la maison.

Placer des feuillus au sud de la maison permettra de renforcer sa protection en été tout en ne la privant pas de lumière l'hiver puisqu'ils n'auront plus de feuilles.
Il est également judicieux de prévoir des feuillus sur les lieux extérieurs qui pourrraient avoir besoin d'un ombrage l'été : la terrasse et le coin ou les voitures sont stationnées par exemple.
Les résineux doivent être mis au nord et à l'est, pour briser les vents froids. Leur feuillage permanent offrira une bonne protection pendant la saison froide.

Les bordures sont en végétaux mélangés (qu'il est inutile de tailler) et qui ne produisent pas de pollen allergisant, contrairement au thuya.

Plantes grimpantes :

Les murs et les abords de la maison peuvent être plantés de végétation grimpante : vigne, lierre, glycine, etc... Celles qui perdent leurs feuilles seront mises pour ombrager la terrasse.

Celles qui ont un feuillage permanent peuvent protéger les murs : le lierre sur un mur le protège de la pluie, du vent, des chocs thermiques et augmente sa durée de vie (si un mur qui porte le lierre est endommagé, ce n'est jamais du au lierre lui-même mais à des desordres de structure ou de maçonnerie).

Textes et schemas : Fiabitat Concept

 

Voir également sur la même thématique nos panneaux de présentation :

Les erreurs à éviter

Le chauffage de la maison

L'importance de la végétation