Conception bioclimatique

La conception bioclimatique consiste à mettre à profit les conditions climatiques favorables tout en se protégeant de celles qui sont indésirables, ceci afin d’obtenir le meilleur confort thermique. Elle utilise l’énergie solaire disponible sous forme de lumière ou de chaleur, afin de consommer le moins d’énergie possible pour un confort équivalent.

En période froide, une architecture bioclimatique favorise les apports de chaleur gratuits, diminue les pertes de chaleur et assure un renouvellement d’air suffisant. En période chaude, elle réduit les apports caloriques et favorise le rafraîchissement.

Mais c’est avant tout la première étape dans un projet de construction qui aboutira à la réalisation d’un bâtiment très performant tout en soignant le confort de ses occupants.
Conception bioclimatique L’architecture climatique  s’appuie sur :

  1. L'implantation et l'orientation
  2. L’architecture et la forme
  3. La distribution intérieure
  4. Le choix des matériaux
  5. Le confort d’été (avec un  zoom sur les toitures végétalisées)

1. L’implantation et l’orientation

Conception bioclimatiqueL’objectif est de récupérer au maximum les apports solaires passifs en hiver et de les réduire en été pour respecter le confort d’été. La bonne règle : le maximum de fenêtres sera orienté au Sud.

Mieux vaut éviter les expositions directes est et ouest qui suivent la courbe du soleil  qui occasionne le plus souvent des « surchauffes » et un inconfort visuel. Au Nord, Il faudra limiter les ouvertures afin de minimiser les déperditions thermiques du bâtiment.  De manière générale il est conseillé de respecter un ratio de surface vitrée d’environ 20 % de la surface habitable, répartie comme suit : 50 % au sud, 20 à 30 % à l’Est, 20% à l’ouest et 0 à 10% au nord.
Cette règle est très importante car la bonne maîtrise des apports solaires peut représenter un gain gratuit de 15 à 20 % de besoins d’énergie (réduction de la consommation).


2. L’architecture et la forme

Conception bioclimatiqueLa compacité d’un bâtiment est mesurée par le rapport entre la surface des parois extérieures et la surface habitable. Plus ce coefficient est faible, plus le bâtiment sera compact. La surface de l’enveloppe étant moins importante, les déperditions thermiques sont réduites.

Elle varie suivant la forme, la taille et le mode de contacts des volumes construits. En effet, la mitoyenneté et l’habitat collectif favorisera la réduction des surfaces de déperditions une très bonne compacité.


3. La distribution intérieure


Conception bioclimatiqueLe zonage d’un habitat permet d’adapter des ambiances thermiques appropriées à l’occupation et l’utilisation des divers espaces.
Au nord on aménagera des espaces non chauffée dits «  tampons », type garage, cellier, couloirs… ils assurent une protection thermique et contribuent directement aux économies d’énergies et au confort des occupants.

4. Le choix des matériaux est un élément capital de la conception bioclimatique.

Il assure le confort des occupants : en captant la chaleur ou en préservant la fraîcheur et en évitant les sensations de « parois froides » et favorise les économies d’énergies.

Consulter notre rubrique Matériaux

5. Le confort d’été

Quand a-t-on une sensation de confort thermique en été ?

A température élevée égale, on peut avoir une sensation de confort si l’air est sec (facilité de l’évaporation de la sueur), s’il est mis en mouvement (ventilateur, courant d’air) ou si la température des parois est plus faible que celle de l’air (meilleur rayonnement du corps vers ces parois). La notion de bien-être thermique reste bien sûr liée à chaque individu mais quelques paramètres mesurables peuvent être pris en compte :

  • la température intérieure de l’air qui ne devra pas excéder 26 C°,
  • une humidité de l’air inférieure à 80%,
  • des parois fraîches.

Comment rafraîchir son logement ?

Quelques bonnes habitudes peuvent suffire à conserver la fraîcheur à l’intérieur des logements :

Limiter les apports de chaleur externes

  • Dès que le soleil éclaire les fenêtres, baisser volets ou stores.
  • Dès que la température extérieure dépasse celle du logement, fermer aussi les fenêtres.
  • Créer une circulation d’air le soir en ouvrant les fenêtres sur deux façades différentes et/ou en ouvrant les fenêtres de l’étage créant ainsi un effet cheminée efficace.
  • Intégrer un ventilateur de plafond qui favorisera un brassage lent et régulier de l’air et ne le faire fonctionner qu’en cas d’occupation de la pièce.

Et aussi limiter les apports internes

Les appareils électroménagers (réfrigérateurs et congélateurs surtout) et l’éclairage produisent de la chaleur. S’équiper d’appareils économes et de lampes basse consommation limite les apports de chaleur tout en diminuant la facture d’électricité. Par exemple, une lessive pendant la journée équivaut au fonctionnement d’un radiateur électrique pendant une heure et demi ! Enfin, réduire l’usage des équipements de cuisson (le four surtout) limitera les quantités de chaleur à évacuer.

En construction, intégrer le confort d’été

Avec des constructions de plus en plus isolées et donc une chaleur que l’on aura du mal à évacuer l’été, il apparaît primordial de traiter le confort d’été dès la phase conception.

Agir sur l’environnement proche de l’habitation

En limitant les dallages ou zones goudron¬nées qui accumulent la chaleur en journée et la restituent le soir et en privilégiant au contraire les pelouses, les arbres à feuilles caduques, on agira ainsi sur l’environne¬ment de la maison en maintenant une tem¬pérature extérieure plus mesurée.
Une autre solution consiste à intégrer une toiture ou façade végétalisée pour rafraîchir l’air ambiant par évapotranspiration.

Agir sur le vitrage

2/3 des apports en chaleur en été se font par les vitrages. Il conviendra donc :

  • de limiter la surface vitrée : 15 % à 20% de la surface habitable.
  • de réserver les baies vitrées ou grandes fenêtres au sud (étant donné la hauteur du soleil l’été, il est facile de s’en protéger par une casquette).
  • de limiter les grandes ouvertures à l’ouest, sous peine de créer des surchauffes dès le début d’après midi car on cumulera à la fois une température élevée à cette période et un ensoleillement de la façade et des vitrages (sinon prévoir une protection avec végétation à feuilles caduques).
  • d’éviter les fenêtres de toit ou à défaut les positionner au nord ou à l’est.
  • En cas de véranda, la prévoir encastrée dans l’habitat sans toiture vitrée.


Prévoir une casquette solaire au sud qui fera ombrage sur les vitrages (cf mode de calcul ci-dessous) que ce soit sous forme de pergola, casquette photovoltaïque ou autre protection solaire.

Méthode de calcul d’une casquette horizontale

Conception bioclimatiqueConception bioclimatiqueUne formule permet de calculer la profondeur de la protection solaire pour une zone géographique situé autour de 45 degré de latitude nord (Savoie) :

L : longueur de l’avancée horizontale de la casquette
H : longueur entre le bas de la fenêtre et le point le plus bas de la casquette

 


Pour un vitrage au sud : L > 0,5xH
Si le vitrage est décalé de quelques degrés vers l’est ou l’ouest, le  coefficient variera.

Privilégier l’inertie thermique des matériaux


Afin d’amortir les fluctuations de chaleur à l’intérieur du bâtiment, il conviendra d’apporter de l’inertie au logement.

 

Ainsi l’isolation par l’extérieur des murs permettra de valoriser l’inertie du mur (parpaing, brique, pierre). Sur une maison à ossature bois (faible inertie), on veillera à ajouter de l’inertie via une dalle béton ou une cloison en matériau lourd (béton, terre).

Isoler la toiture

Conception bioclimatiqueEn été, c’est la toiture qui reçoit le plus de chaleur. De plus, les éléments de couverture (ardoises, tuiles...) font office de véritables capteurs solaires et, en cas d’isolation sous rampant, la lame d’air située en dessous est souvent insuffisamment ventilée.
Pour remédier à ces surchauffes qui peuvent rendre les espaces sous rampant inhabitables dès le début de l’après midi, on pourra adopter la stratégie suivante :

  • une toiture végétalisée,
  • une lame d’air sous couverture plus importante ( 10 cm pour une pente de 30 % par exemple),
  • prévoir une forte isolation (par exemple, 30 cm de laine de bois) avec une bonne étanchéité à l’air
  • choisir un isolant suffisamment dense (>50 kg/m3) qui permettra un amortissement et un déphasage des flux de chaleur (ouate de cellulose, fibre de bois).

Zoom sur les toitures végétalisées

Cf infos sur la toiture végétalisée de la Maison des énergies

 

Ventiler efficacement

Conception bioclimatiquePour rafraîchir les logements en été, le principe le plus simple consiste à pratiquer une surventilation du bâtiment dés que la température extérieure descend en dessous de la température intérieure.
Une VMC double flux (renvoyé vers ventilation) by-passée permet à la fois de répondre aux critères de performance d’un logement BBC (valorisation des calories de l’air vicié rejeté l’hiver) et de rafraîchissement l’été car le système de by-pass coupe alors l’échange de chaleur entre l’air vicié et l’air entrant.
En complément de la VMC double flux, on pourra intégrer un puits canadien qui complétera le rafraîchissement de l’air entrant. L’air extérieur circule d’abord dans les canalisations enterrées du puits canadien ayant pour effet de le rafraîchir avant de l’insuffler via la VMC double flux dans le logement (cf. schéma du puits canadien, dit aussi puits provençal en fonctionnement estival).

Recommandations à retenir/confort d’été

Actionner un ensemble de leviers

C’est bien une action globale - protections solaires, isolation, inertie thermique, ventilation, espaces extérieurs, orientation du bâtiment et des ouvertures, réduction des apports internes et comportement adapté - qui doit être menée pour viser un confort d’été.

Pour en savoir plus (ouvrages disponibles à la bibliothèque de l’ASDER) :

« Le confort d’été », guide pratique ADEME
« Fraîcheur sans clim’ », T.Salomon et C. Aubert - Terre vivante
« La Conception bioclimatique », S. Courgey et J.P Oliva - Terre Vivante

 

Plaquette ASDER sur le BBC :

Principes de conception d'un bâtiment passif

Franck JANIN, invité par l'ASDER le 6 février 2014, a présenté les principes de conception d'un bâtiment passif : une nouvelle(r)évolution dans l'art de construire !

Diaporama sur la conception d'une maison passive