Bioclimatique

Architecture bioclimatique

Un habitat bioclimatique est un bâtiment dans lequel le chauffage et la climatisation sont assurés en tirant le meilleur parti du rayonnement solaire, de l'inertie thermique des matériaux et du sol et de la circulation naturelle de l'air.
Cela passe par une meilleure mise en adéquation de l'habitat, avec le comportement de ses occupants et le climat, pour réduire au maximum les besoins de chauffer ou de climatiser (voir schéma ci-contre).

La conception bioclimatique de l'habitat est appelée parfois bioclimatisme.

Architecture bioclimatique

Expérimentation bioclimatique, avec matériaux composite (pierre broyée, fibre de verre et résine) à Crozes-Hermitage, France

L'une des nombreuses formes de maisons bioclimatiques et écologique de l'écoquartier néerlandais EVA-Lanxmeer

Les grandes surfaces vitrées sont souvent utiles en zone tempérée (EVA-Lanxmeer, Pays-Bas)

Ici, la maison est partiellement insérée dans une serre (EVA-Lanxmeer, Pays-Bas)

L'architecture bioclimatique est une discipline de l'architecture qui recherche un équilibre entre la conception et la construction de l'habitat, son milieu (climat, environnement, ...) et les modes et rythmes de vie des habitants.

L'architecture bioclimatique réduit les besoins vitaux, d'éviter les chocs thermiques et de maintenir des températures constantes et agréables, tout en contrôlant l'hygrométrie. L'architecte cherche généralement aussi à favoriser l'éclairage naturel. Cette discipline est notamment utilisée pour la construction d'un bâtiment haute qualité environnementale (HQE) ou mieux encore Très Haute Performance Énergétique (THPE)

Dans un pays tempéré, une maison bioclimatique peut arriver à fournir plus des trois quart de ses besoins de chauffage uniquement grâce au soleil. C'est ce qu'on appelle l'habitat solaire passif, utilisant l'architecture des bâtiments - orientation, murs, toits et fenêtres - pour capter les rayons du soleil.

Démarche bioclimatique

Une démarche bioclimatique se développe sur trois axes : capter la chaleur, la transformer/diffuser et la conserver. Trouver un équilibre entre ces trois exigences, sans en négliger aucune, c'est suivre une démarche bioclimatique cohérente.

Dans les régions chaudes (de type méditerranéen par exemple), un quatrième axe fondamental doit être pris en compte : se protéger de la chaleur et l'évacuer. Cet axe, a priori contradictoire avec les précédents, est la base d'une conception bioclimatique bien comprise.

Capter la chaleur

La Terre étant inclinée sur son axe, la hauteur du soleil sur l'horizon et le trajet qu'il parcourt dans le ciel varient au cours des saisons.

Dans l'hémisphère nord, en hiver, le soleil se lève au sud-est et se couche au sud-ouest, en restant très bas sur l'horizon (environ 30°). Pour capter son énergie, il convient donc de placer les ouvertures vitrées principales au sud. Le verre laisse passer la lumière mais absorbe les infrarouges et va, en conséquence, piéger la chaleur du soleil à l'intérieur de la maison. Ce phénomène est aussi appelé "effet de serre". La lumière du soleil sera convertie en chaleur par les surfaces opaques de la maison (les murs et/ou le sol). Lorsque cette énergie sous forme d'infrarouges va tenter de ressortir, la vitre va l'absorber et la réémettre en partie vers l'intérieur de la maison. C'est ce qu'on appelle le "solaire passif" : solaire car la source d'énergie est le soleil, passif car le système fonctionne seul sans système mécanique.

Toujours dans l'hémisphère nord, en été, le soleil se lève au nord-est et se couche au nord-ouest et est haut sur l'horizon à midi. L'angle d'incidence de ses rayons sur les surfaces vitrées orientées vers le sud est donc élevé. Une partie du rayonnement est réfléchi vers l'extérieur. Toutefois, si les surfaces vitrées sont importantes, la quantité d'énergie qui traverse peut suffire à faire surchauffer la maison. C'est pourquoi il convient de protéger ces surfaces vitrées par des volets, des avancées de toiture calculées en conséquence, ou des brises-soleils extérieurs horizontaux, dimensionnés de manière à bloquer le rayonnement solaire direct en été mais pas en hiver. Sur les ouvertures des façades est et ouest, les protections solaires horizontales sont d'une efficacité limitée, car les rayons solaires ont une incidence moins élevée; seules les protections solaires verticales (volets) sont efficaces dans ce cas.

En résumé : une maison bioclimatique se caractérise par :

1. des ouvertures de grande dimension au sud
   
2. très peu d'ouvertures au nord
   
3. peu d'ouvertures à l'est (soleil du matin)
   
4. peu d'ouvertures à l'ouest (soleil du soir)

Dans une démarche bioclimatique, ces généralités doivent naturellement être adaptées en fonction du milieu (climat, environnement, ...) et des rythmes de vie des habitants de la maison.

Transformer/Diffuser la chaleur

Pour convertir la lumière en chaleur, on utilise des matériaux opaques, comme une dalle ou des murs peints d'une couleur sombre. Ces éléments doivent être de teinte plutôt foncée sinon ils réfléchiraient la lumière sans la convertir en chaleur. Ils ne doivent pourtant pas être trop sombres au risque que leur surface s'échauffe énormément et atteigne des températures qui peuvent devenir dangereuses pour les occupants. Une teinte brune ou terre cuite est un bon compromis entre les performances thermiques et le rendu esthétique (le noir étant souvent très laid).

Le matériau doit également être très dense et très lourd. Plus sa masse est importante, plus il pourra absorber par inertie une quantité d'énergie importante, l'objectif étant de capter pendant la journée suffisamment d'énergie pour la rediffuser pendant toute la nuit. Le mur ainsi créé est souvent appelé mur capteur (voir aussi le mur Trombe). C'est le véritable radiateur de la maison; il fonctionne à basse température, un peu comme un plancher chauffant, et rayonne sa chaleur sur toute sa surface.

Sous nos climats tempérés, une maison bioclimatique conçue de manière optimale d'un point de vue thermique peut ne pas nécessiter de système de chauffage central. La plus grande part des apports d'énergie est alors d'origine solaire, le restant, considéré comme un appoint, est fourni par un système de chauffage ponctuel (généralement au bois : insert, poêle…). Selon les performances thermiques obtenues, la maison pourra être appelée maison basse-énergie.

Conserver la chaleur

Une fois captée et transformée, l'énergie solaire doit être conservée à l'intérieur de la maison le plus longtemps possible. C'est la raison pour laquelle il faut isoler conséquemment les parois. Pour être efficace, cette isolation sera de préférence "répartie" (le mur est isolant dans toute son épaisseur) et/ou "extérieure" (l'isolant recouvre toute la maison par l'extérieur). En écobiologie, on préférera le mur monolithique en terre cuite isolant, matériau sain, respirant, perspirant avec une bonne inertie. L'isolation périphérique a l'avantage d'envelopper la structure et d'éviter ainsi les ponts de froid, générateurs de problèmes de moisissures, entre autres. On choisira une isolation en laine minérale, de préférence laine de roche de 15cm minimum. N'oublions pas que la chaleur monte et que par conséquent la plus grande déperdition se fait au niveau de la toiture; pour une toiture chaude (on peut habiter sous le toit) on choisira un toit en pente avec une isolation végétale (fibre de bois, chanvre, cellulose, etc) ou animale(mouton) entre chevrons et sur chevrons(ISOROOF, par exemple). Enfin l'environnement, colline, forêt, ainsi que la végétation plantée autour de la maison ont aussi un rôle de protection à jouer : Comme brise-vent, on optera pour des résineux au nord et des feuillus au sud; ces derniers protègent du rayonnement solaire en été mais laisse passer la lumière en hiver. Un point d'eau situé devant le bâtiment, au sud, apportera également un rafraîchissement d'un ou deux degrés en période estivale. Par ailleurs, les pièces annexes seront idéalement placées au nord (façade fermée) et les pièces de vie côté sud (façade ouverte).

Voir aussi

Articles connexes

• Habitat passif
• Facteur 4 (objectif d'économies d'énergie et de diminution d'émission de Gaz à effet de serre ;
• Facteur 9 (")
• Bâtiment Basse Consommation ou Effinergie (en France)
• Haute qualité environnementale
• Énergie solaire
• Économies d'énergie
• Efficience énergétique
• Efficacité énergétique
• Énergie solaire
• Puits canadien
• Bâtiment à énergie positive
• Solar Decathlon

Bibliographie

• La conception bioclimatique - des maisons confortables et économes, Samuel Courgey et Jean-Pierre Oliva, Ed. Terre Vivante 2006
• Archi Bio, Izard Jean Louis; Guyot Alain, Ed. Parenthèses 1979
• L'énergie solaire dans le bâtiment, Chauliaguet Charles, Baratçabal Pierre et Batellier Jean-Pierre, 202 pages, 1978 édition Eyrolles
• Effet de serre. Conception et construction de serres bioclimatiques, Hurpy I et Nicolas F, 1981 PYC édition
• Le guide de l’énergie solaire passive, Edward Mazria – Ed. Parenthèses 1979
• L’habitat bioclimatique, Roger Camous & Donald Watson – Ed. L’étincelle 1983
• Architecture bioclimatique. Une contribution au développement durable. 2 tomes, Pierre Lavigne – Ed. Edisud 1994
• Guide de l’architecture bioclimatique, Ed. Systèmes solaires – 6 volumes, de 1996 à 2004
• Guide raisonné de la construction écologique - tous les produits écologiques, Bâtir-Sain 2008
• Manuel d'architecture naturelle de David Wright - Ed. Parenthèses 2004

Liens externes

• (fr) Une maison bioclimatique en bottes de paille et enduits en terre realisée en 2009 et 2010 en chantiers participatifs - region Midi Pyrenees - Dept du Gers
• (fr) Maison Bioclimatique
• (fr) l'écoconstruction et l'architecture bioclimatique
• (fr) Un exemple dans les bâtiments tertiaires : concept SOLARIS (bureaux à énergie positive)

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