11/07/2012

Éco-confort

10005585-czech-republic-jiloviste-august-20-2010-old-fashioned-cabin-house-in-the-countryside-is-always-sough.jpgLa grande majorité de l’humanité passe une partie importante de son temps à l’intérieur de bâtiments. Dans les pays industrialisés, cette proportion dépasse les 90%, répartis entre l’habitation, le lieu de travail ou l’école. La qualité de l’environnement à l’intérieur d’un bâtiment a donc une importance primordiale et elle doit viser la plus grande satisfaction des occupants. En fait, un bâtiment doit être conçu, construit et exploité pour protéger ses habitants des rigueurs du climat, et leur assurer un environnement intérieur sain et confortable, que ce soit pour le logement, le travail ou les loisirs.


Fonction du bâtiment

Assurer une bonne qualité de l’environnement intérieur c’est avant tout assurer le confort des occupants. Le confort est une notion subjective qui résume tout un ensemble de sensations: le confort thermique consiste à n’avoir ni trop chaud, ni trop froid; le confort aéraulique1, pour lequel la qualité de l’air intérieur doit être acceptable ou, mieux, agréable ; le confort visuel, qui garantit un environnement bien visible et agréable aux yeux; enfin le confort acoustique qui doit offrir un espace pas trop bruyant et dans lequel les sons utiles sont clairement audibles.

Certes, les conditions personnelles, (métabolisme, activité, habillement, santé) jouent un rôle important sur la perception du confort. Toutefois, de nombreux paramètres, propres au bâtiment, interviennent dans le confort perçu et contribuent à l’état de santé de l’occupant.

En outre, il n’est pas exclu, mais pas scientifiquement prouvé que certains phénomènes, tels que les champs électromagnétiques de faible intensité ou l’ionisation de l’air, aient une influence sur le bien-être des occupants.

Le développement durable

Nous habitons sur la coque d’un vaisseau spatial, la planète « Terre », qui est quasi sphérique avec seulement 12 000 km de diamètre et dont les ressources sont nécessairement limitées. La politique de développement durable doit permettre à nos descendants de profiter des ressources aussi bien que nous. Comme l’a dit St Exupéry: «La planète ne nous appartient pas, nous l’empruntons à nos enfants ». Cette politique cherche un équilibre entre trois enjeux: l’économie, l’environnement et la société, qui ne doivent pas s’opposer mais se concilier.

Dans cette optique, il est indispensable d’utiliser les ressources aussi parcimonieusement que possible et d’en permettre le recyclage. Comme tout objet ou être, le bâtiment a un cycle de vie, allant de sa conception à sa déconstruction, en passant par la construction, l’exploitation et l’entretien, voire l’évolution. C’est lors de sa conception que l’on prend les décisions permettant au bâtiment d’assurer ses fonctions pendant longtemps. Pendant sa durée de vie, l’entretien et les rénovations assureront le maintien de sa valeur. Il est fort probable que l’usage du bâtiment change pendant sa vie, passant du logement à l’administration, voire au commerce, et vice-versa. Une conception adéquate permet cette souplesse à moindre coût économique, social ou environnemental. En fin de vie, le bâtiment n’est plus démoli, mais déconstruit de manière à revaloriser au mieux ses composants. Ici encore, une conception adéquate facilite cette valorisation.

Les bâtiments construits ou rénovés aujourd’hui connaîtront la révolution énergétique obligeant l’humanité à passer des sources d’énergie fossiles aux sources renouvelables. Ils doivent donc être conçus et construits pour utiliser au mieux une quantité nécessairement limitée d’énergie tout en assurant efficacement le confort des occupants.

Pour concevoir un bâtiment durable, il ne s’agit pas d’ajouter des «dispositifs écologiques» à un projet de bâtiment, l’architecture elle-même doit être conçue dans une optique de développement durable. Il s’agit ici de proposer au lecteur des méthodes permettant de garantir une bonne qualité de l’environnement intérieur avec une consommation d’énergie minimale.

Energie et confort dans le bâtiment

Un apport d’énergie est nécessaire pour assurer les prestations du bâtiment, notamment pour maintenir un confort thermique agréable tant en saison froide (chauffage) que chaude (refroidissement) pour ventiler lorsque l’aération naturelle ne convient pas pour éclairer les locaux lorsque l’éclairage naturel fait défaut  pour assurer des transports (ascenseurs, escaliers roulants), et des communications (téléphone, internet) pour produire des biens (cuisine, industrie) ou des services (lessive, vaisselle, ordinateurs, etc.).

Il faut donc de l’énergie pour garantir les conforts thermique, aéraulique, visuel, voire acoustique, en toutes circonstances, et la consommation d’énergie des bâtiments représente une grande partie de la consommation totale des pays développés. Si on manque d’énergie, ce peut être inconfortable; mais si on en consomme beaucoup, est-ce plus confortable pour autant ? Y a-t-il synergie ou antinomie entre la consommation d’énergie et le confort ou la joie de vivre ? Les Américains, qui consomment deux fois plus d’énergie par personne que les Européens, vivent-ils deux fois mieux pour autant ?

Pour comparer la consommation d’énergie des bâtiments entre eux, il est utile de la rapporter à leurs dimensions. La caractéristique dimensionnelle la plus souvent utilisée est la surface de plancher conditionnée (chauffée en hiver ou refroidie en saison chaude). La consommation annuelle totale d’énergie primaire d’un bâtiment, divisée par sa surface de plancher conditionnée, est l’indice de performance énergétique du bâtiment.

Cet indice varie fortement d’un bâtiment à l’autre, même à prestations équivalentes, et les bâtiments les plus énergétivores ne sont pas forcément les plus sains, ni les plus confortables; on trouve des bâtiments sains et jugés confortables parmi ceux qui consomment le moins. En outre, la performance énergétique des bâtiments en climat tempéré n’est pas, en moyenne, meilleure que celle en climat froid; et celle de bâtiments bien aérés pas plus haute que celle de bâtiments sous-ventilés. Ces observations montrent que d’autres facteurs, propres au bâtiment, dominent: ce sont l’isolation thermique, le contrôle et l’efficacité de la ventilation, le rendement des installations de chauffage et de climatisation. Ces facteurs peuvent être améliorés sans nuire au bien-être de l’occupant, voire souvent en l’améliorant.

L’expérience et les connaissances actuelles montrent que l’on peut améliorer la qualité de l’environnement intérieur tout en réduisant très fortement la consommation d’énergie non renouvelable. Cette thèse a été confirmée par les résultats d’un programme de recherche multidisciplinaire européen impliquant 9 pays. Plus de 160 bâtiments résidentiels et administratifs ont été inspectés, la moitié d’entre eux présentant une relativement basse consommation d’énergie et l’autre moitié servant de référence. L’examen incluait une inspection, un entretien avec les responsables du bâtiment et des questionnaires distribués aux occupants. En séparant les bâtiments en deux groupes, ceux consommant moins d’énergie que la médiane et les autres, nous avons pu observer que les bâtiments à basse consommation d’énergie sont plus confortables été comme hiver, et que leurs occupants y ressentent moins le syndrome du bâtiment malsain que ceux des autres bâtiments.
Nous verrons tout au long de cet ouvrage qu’en réfléchissant et en travaillant bien, nous pouvons obtenir le beurre et l’argent du beurre, à savoir améliorer la qualité de l’environnement intérieur tout en réduisant la consommation d’énergie du bâtiment.

Les agents énergétiques : potentiel, avenir

Les ressources disponibles

Un bâtiment est construit pour durer, et doit rester confortable pendant toute sa durée de vie. Il est donc nécessaire de se préoccuper des ressources énergétiques disponibles à long terme, et de distinguer les sources d’énergie non renouvelables – dont la vitesse de production est très inférieure à la vitesse de consommation – des sources d’énergie renouvelables, qui, si on les exploite correctement, se renouvellent au fur et à mesure de leur utilisation. Les agents énergétiques fossiles (charbon, pétrole, gaz naturel) et nucléaires ne sont pas renouvelables, et les réserves connues risquent d’être épuisées durant le 21e.

La source primaire d’énergie renouvelable est le rayonnement du soleil, qui existe depuis 4,5 milliards d’années et prendra encore plus de 4 milliards d’années à se réchauffer progressivement pour finir par grandir et finalement exploser en nova! En attendant, le rayonnement solaire reçu sur la terre représente 10000 fois la consommation actuelle de l’humanité.

Il est aussi important de distinguer les ressources énergétiques des usages que l’on fait de l’énergie. Les ressources sont en fait les ressources énergétiques primaires telles que le pétrole et le gaz dans le puits, le charbon ou l’uranium dans la mine pour les agents non renouvelables, et le rayonnement solaire, le vent, une possibilité de chute ou un courant d’eau, etc.. Les usages sont la chaleur, les forces en mouvement, l’électricité, la production de biens et de services etc. Il faut souligner en particulier que si l’électricité et l’hydrogène sont des agents énergétiques, ils ne sont pas des ressources d’énergie. Il faut en effet fabriquer ces agents à partir des ressources primaires.

Les agents énergétiques fossiles

Ce sont essentiellement le pétrole, le gaz et le charbon, résidus de la décomposition sous hautes pression et température de végétaux et d’animaux vivant il y a des millions d’années. Cette origine implique que la quantité disponible est limitée. Les plus optimistes mentionnent des réserves de gaz et de pétrole pour une centaine d’années encore, et deux à trois fois plus pour les réserves de charbon. Les quantités disponibles sont discutables et discutées, mais il est certain qu’elles sont limitées à vue humaine : si ce n’est nous, nos descendants en verront la fin. Le prix de ces agents, très bas jusqu’à maintenant si on le compare au coût d’autres agents, va certainement augmenter à terme, tant pour des raisons économiques (offre et demande) que pour des raisons techniques. En effet, les sources plus difficiles d’accès devront compenser la baisse de production des sources facilement disponibles actuellement en exploitation.

D’autre part, la combustion de ces agents, contenant tous du carbone, produit du gaz carbonique, gaz contribuant au réchauffement climatique observé depuis l’ère industrielle. Nous produisons actuellement 3 à 4 fois la quantité de gaz carbonique que notre vaisseau spatial « Terre » peut supporter à long terme sans voir sa température augmenter. Il s’ensuit que, si nous voulons maintenir la température de la terre à un niveau acceptable, nous devons soit réduire notre consommation de combustibles fossiles d’un facteur 4 (ce qui allongerait d’autant la durée de disponibilité de ces agents), soit capter et stocker définitivement les 3⁄4 du gaz carbonique produit.

Enfin, ces agents, surtout le pétrole, constituent une matière première de choix pour l’industrie. C’est donc un gaspillage éhonté de les brûler directement dans une chaudière, privant ainsi notre descendance de matériaux variés et très utiles.

Il faut donc que la consommation d’agents énergétiques fossiles soit très fortement réduite – si ce n’est supprimée – dans les bâtiments. C’est heureusement extrêmement facile de réduire d’un facteur supérieur à 4 la consommation d’un bâtiment existant en le rénovant et en lui appliquant des mesures passives d’amélioration du confort. D’ailleurs, les bâtiments neufs modernes présentent des besoins de chauffage très inférieurs à ceux des bâtiments du siècle passé.

Le soleil, source durable d’énergie

Le rayonnement solaire non seulement éclaire et chauffe directement, mais peut être transformé en électricité dans des cellules photovoltaïques ou en chaleur dans des capteurs solaires thermiques. C’est aussi le soleil qui évapore l’eau qui est ainsi transportée sur les hauteurs, ce qui en permet le captage dans des barrages et le turbinage pour fournir énergies mécanique et électrique. C’est le soleil qui, en chauffant plus l’équateur que les pôles, est le moteur des courants atmosphériques faisant tourner moulins à vent et éoliennes. C’est enfin le soleil qui donne l’énergie aux plantes et aux arbres, sources de nourriture et d’énergie depuis l’aube de l’humanité. C’est donc aussi de l’énergie solaire qui est accumulée dans les combustibles fossiles!

L’énergie solaire était la seule source d’énergie par le passé (moulins à vent et à eau, bois, énergie animale). Son exploitation industrielle, qui date de plus d’un siècle, profite depuis plus de 40 ans d’énormes progrès technologiques qui permettent d’en améliorer le rendement et d’en diminuer le coût. Sur le vaisseau spatial « Terre », avec la chaleur interne de la terre, l’énergie solaire sera, tôt ou tard, à nouveau la seule source d’énergie à disposition.

La biomasse végétale

La biomasse végétale (algues, plantes, arbres) est un agent énergétique renouvelable à condition qu’il soit exploité en maintenant un volume vivant constant. Exploité de cette manière, la biomasse a l’avantage d’avoir une production de gaz à effets de serre très faible, la croissance absorbant autant de CO2 qu’en produit sa combustion ou sa décomposition. L’énergie de la biomasse provient du soleil, son rayonnement étant à l’origine de la photosynthèse qui permet aux plantes de croître en absorbant le gaz carbonique. Le rendement de production est néanmoins relativement faible. Seuls quelques pourcent de l’énergie solaire reçue se retrouvent dans la plante.

De ce fait, la biomasse reste une ressource limitée. Un hectare de forêt exploitée de manière durable ne produit chaque année que quelques mètres cube de bois – dont environ la moitié en bois d’œuvre, le solde utilisable comme combustible. Il faut donc, pour assurer le chauffage d’un mètre carré de plancher d’un bâtiment très bien isolé, plusieurs dizaines de mètres carrés de forêt. Pour que le bois français ou suisse suffise à assurer le chauffage des bâtiments de France ou de Suisse, il faudrait doubler la production actuelle de bois de chauffage et réduire les besoins de chauffage des bâtiments d’un facteur 4 à 5, ce qui semble tout de même réalisable à long terme !

La géothermie

Le flux de chaleur provenant du sous-sol résulte principalement de la fission d’isotopes radioactifs6 présents dans le noyau, le manteau, et l’écorce terrestre. Ce flux de chaleur est généralement très diffus (1 W / m2), mais peut être nettement plus élevé à certains endroits privilégiés (sources thermales, régions volcaniques comme l’Islande) où il peut alors être facilement exploité. Cette source de chaleur n’est formellement pas renouvelable puisque la quantité de chaleur disponible n’est pas infinie, mais son exploitation peut s’intensifier fortement sans accélérer notablement le refroidissement de la Terre. A part dans les régions favorisées, ce genre de source de chaleur n’est pas adapté aux bâtiments, car les températures utilisables se trouvent à trop grande profondeur et seules de grandes installations peuvent justifier le coût d’un forage profond.

Notons que le terme «géothermie» est aussi utilisé abusivement pour le stockage saisonnier de chaleur dans le terrain proche de la surface.

Les déchets

Les pouvoirs publics incinèrent souvent les déchets non recyclables pour en diminuer le volume et réduire la toxicité. Cette incinération produit de la chaleur qui est utilisée non seulement pour le chauffage urbain mais aussi pour produire de l’électricité avec une turbine à vapeur. Cette filière énergétique est intéressante car elle valorise les déchets. Pour être rentable, elle requiert un réseau dense de distribution de chaleur à de nombreux clients proches de l’usine d’incinération.

Il n’en reste pas moins que seuls les déchets non recyclables devraient être ainsi transformés. En effet, le recyclage de nombreux matériaux, notamment verre, papier, cartons, métaux, nécessite moins d’énergie et pollue souvent moins que leur fabrication. De plus, la digestion par des bactéries, des déchets organiques humides en absence d’air (digestion anaérobie) produit plus d’énergie, sous forme de gaz, que leur simple combustion.

L’électricité

L’électricité n’est pas un agent énergétique primaire: il n’existe pas de source naturelle d’électricité exploitable. L’électricité est fabriquée à partir d’autres agents énergétiques soit sur place (panneaux photovoltaïques, éolienne, petite turbine hydraulique, groupe chaleur-force7), soit dans des centrales hydrauliques ou thermiques, ces dernières consommant des combustibles fossiles ou nucléaires et présentant un rendement de transformation relativement faible. En moyenne, en Europe, la consommation de 1 kWh d’électricité nécessite en amont la consommation de plus de 3 kWh d’énergie primaire (chute d’eau, combustibles fossiles ou nucléaire). La situation est évidemment meilleure au Québec où presque toute l’électricité est produite par des centrales hydrauliques.

L’électricité est aussi un agent énergétique noble qui peut faire fonctionner directement des moteurs et des appareils avec un excellent rendement. C’est donc du gaspillage de chauffer à l’électricité en dégradant cet agent directement en chaleur dans des résistances. Ce procédé est en effet trois fois plus énergivore (en Europe) qu’un chauffage à combustible: le rendement global réel du radiateur électrique est de 33% seulement.

L’utilisation de pompes à chaleur permet néanmoins, dans de bonnes conditions, de chauffer un bâtiment en consommant moins d’énergie primaire qu’un chauffage à combustible.

Méthodes actives et passives pour assurer  le confort

Pour assurer une bonne qualité de l’environnement intérieur, on peut appliquer des mesures passives et des mesures actives. Les mesures passives sont des mesures architecturales et constructives qui permettent d’atteindre naturellement le but poursuivi sans apport d’énergie, ou presque.

Les mesures actives ou technologiques permettent d’atteindre le but poursuivi par des actions mécaniques, en consommant de l’énergie pour compenser les défauts du bâtiment ou compléter les mesures passives.

Voici quelques exemples de mesures passives :
La compacité du bâtiment: en climat froid, les déperditions de chaleur augmentent avec la surface exposée de l’enveloppe du bâtiment, et la compacité des formes est avantageuse de ce point de vue. Il faut toutefois pondérer ce critère par les besoins en éclairage naturel, qui nécessitent des espaces proches de l’enveloppe.

La distribution des volumes doit être adaptée au climat. Les grandes hauteurs sont confortables en climat chaud, alors que les petits volumes sont plus faciles à chauffer. Les mezzanines et les ouvertures entre plusieurs étages favorisent la ventilation par effet de cheminée, mais augmentent aussi les variations de température entre le haut et le bas des espaces habités.

L’orientation du bâtiment par rapport au soleil, aux vents dominants, à la vue, a une influence importante sur le confort en général, et une influence non négligeable sur la consommation d’énergie.
L’emplacement des ouvertures détermine l’éclairage et la ventilation naturels. Par exemple une ouverture tout en haut permet d’évacuer l’air chaud. Des fenêtres hautes éclairent mieux le fond des pièces que des vitrages larges.

L’isolation thermique protège du climat extérieur et supprime les risques de moisissure et de condensation en climat froid. Si elle est placée à l’extérieur de la structure, elle la protège des variations rapides de température, stabilise la température intérieure, favorise l’utilisation des gains solaires et permet le refroidissement passif.

La ventilation naturelle est généralement mieux acceptée par les habitants que la ventilation mécanique. Elle permet des débits nettement supérieurs à ceux que la ventilation mécanique peut atteindre, ce qui facilite l’évacuation rapide de grandes quantités de polluants ou de chaleur, et améliore nettement l’efficacité du refroidissement passif.

Le refroidissement passif consiste à refroidir la structure du bâtiment la nuit pour éviter les surchauffes les jours de canicule. Pour cela, on utilise de grandes ouvertures pendant toute la nuit, une des ouvertures étant située le plus haut possible.

Le chauffage solaire passif consiste à utiliser la chaleur du rayonnement solaire entrant dans le bâtiment par les fenêtres, ou parfois par des dispositifs ad hoc, pour contribuer au chauffage des locaux.

L’éclairage naturel est parfaitement adapté à nos yeux, bien accepté, voire recherché par les occupants. A éclairement égal, il chauffe moins que l’éclairage artificiel.

L’isolation et l’absorption acoustiques assurent une ambiance acoustique agréable dans les locaux, évitent les interférences désagréables entre voisins et réduisent l’impact des bruits extérieurs.

Et voici quelques exemples de mesures actives :
- Le chauffage local ou central reste indispensable dans les climats froids pour assurer une température confortable en hiver.
- La ventilation mécanique supplée à la ventilation
naturelle ou la complète dans les locaux de grande dimension ou à fort taux d’occupation. Elle permet aussi de récupérer la chaleur dans l’air extrait.
- Le conditionnement d’air permet de refroidir les locaux dans lesquels la charge thermique est trop élevée. On peut aussi utiliser à cet effet les parois radiantes (par exemple des plafonds froids)
- L’éclairage artificiel est bien connu et reste indispensable pour voir la nuit!
- Le contrôle, la régulation, la domotique qui agissent sur les installations actives ou des éléments passifs pour automatiser leur fonctionnement en cherchant un optimum aussi bien pour le bien-être des occupants que pour la consommation d’énergie.
- Les écrans montrant des paysages ou d’autres images peuvent être utilisés pour donner l’illusion d’ouvertures.
- La musique d’ambiance peut parfois être utilisée pour couvrir des bruits désagréables.
- Les mesures passives sont généralement bon marché, consomment peu ou pas d’énergie et par définition ne peuvent pas tomber en panne. Leur conception dépend fortement du climat local et de l’environnement. Elles sont donc influencées (à part les mesures acoustiques) par les conditions météorologiques et ne peuvent pas toujours fournir les prestations souhaitées.

Les mesures actives sont bien adaptées aux besoins (c’est leur raison d’être principale), du moins quand elles sont bien conçues, construites et mises en service. Ces mesures utilisent des méthodes connues appliquées par des professionnels (chauffagistes, éclairagistes, installateurs, ingénieurs, etc.). Souples et relativement indépendantes des conditions météorologiques, elles permettent de fournir en permanence les prestations souhaitées, voire de rattraper des erreurs de conception. Par contre, elles sont souvent chères, énergivores et peuvent tomber en panne. Si une installation active faillit, l’inconfort sera nettement plus grave dans un bâtiment technologique où l’installation active a l’entière charge du confort que dans un bâtiment passif où elle ne fait qu’améliorer un confort dû en grande partie aux mesures passives.

Les mesures passives et actives sont donc complémentaires.

Les mesures actives ont été privilégiées quand l’énergie n’était pas chère (années 1970) mais aujourd’hui, les mesures passives sont préférables pour des raisons de coût et de consommation d’énergie. Elles ne peuvent toutefois pas toujours garantir des conditions confortables, donc la stratégie à adopter consiste à aller aussi loin que raisonnablement possible avec les mesures passives, et de pallier les insuffisances résiduelles par des installations actives dont les dimensions seront alors réduites. Cette stratégie permet souvent d’avoir plus de choix quant aux types et aux emplacements des installations actives.

En résumé, les conditions de confort peuvent être atteintes par des méthodes actives, technologiques et énergivores mais parfaitement contrôlables, et par des méthodes passives, architecturales et ne consommant pas d’énergie mais dont la performance n’est pas totalement garantie. La stratégie proposée pour apporter une bonne qualité de l’environnement intérieur dans une option de développement durable consiste à utiliser autant que possible les méthodes passives et compléter leurs lacunes par les techniques actives.

Adaptation du bâtiment au climat

Pour apporter en toutes circonstances un minimum de bien-être à ses occupants, le bâtiment doit être construit de manière à apporter naturellement, sans aucune installation technique, un confort au moins égal à celui de l’extérieur. Sa conception et sa construction doivent donc être adaptées au climat local. Cette adaptation nécessite une connaissance suffisante de ce climat, qui peut s’acquérir en s’informant auprès des autorités locales et en observant l’implantation, l’orientation et la structure des constructions anciennes locales qui sont souvent bien adaptées au climat.
Le confort thermique, l’aération et l’éclairage naturel dépendent fortement de l’orientation du bâtiment et de ses ouvertures par rapport au vent d’une part, et à la lumière, notamment au soleil, d’autre part.

Orientation par rapport aux vents

Le vent peut être très dérangeant quand il est fort (bise, mistral), et dans ce cas les bâtiments sont orientés de manière à ménager des espaces abrités. Quoiqu’il soit actuellement parfaitement possible de s’affranchir de cette contrainte en construisant des façades et des fenêtres suffisamment étanches et d’aérer par des ouvertures de ventilation contrôlées, il reste indiqué de protéger les façades comprenant beaucoup de fenêtres, ou de réduire le nombre d’ouvertures sur les façades très exposées à des vents forts. L’impact du vent sur une façade peut être réduit par des plantations (arbres, haies) ou des remblais, ou en adaptant la forme du bâtiment.

L’ordonnance des bâtiments voisins a aussi de l’importance. Ceux-ci peuvent se protéger entre eux ou au contraire créer des couloirs dans lesquels le vent accélère. L’implantation des bâtiments ne doit pas non plus créer un environnement inconfortable pour les piétons, en termes de vitesse du vent.

Certaines orientations sont exposées à la pluie battante, soufflée par le vent. Les parties pleines de ces façades doivent être particulièrement bien protégées, par un crépi épais ou un bardage ; et les ouvertures par des avant-toits ainsi que des joints et une ferblanterie soignés.

Orientation par rapport au soleil

En climat froid et tempéré, on expose les pièces de jour autant que possible au soleil, ce qui contribue à leur chauffage et à leur éclairage. En climat chaud, la protection contre le rayonnement solaire doit être assurée par des avant-toits, des auvents, ou des plantations apportant de l’ombre. Sous les tropiques, les façades sud et nord ne sont presque pas exposées au soleil et sont en tout cas faciles à protéger par des avant-toits, par contre le soleil tape directement les façades est le matin et ouest l’après-midi.

Le rayonnement provenant directement du soleil est en partie diffusé dans l’atmosphère par les molécules composant l’air, ce qui donne le ciel bleu lorsqu’il est découvert, et par les cristaux de glace ou les gouttelettes d’eau formant les nuages. Le rayonnement solaire peut être schématiquement divisé en rayonnement direct, provenant en droite ligne du soleil, et rayonnement diffus provenant de toutes les directions. L’intensité du rayonnement solaire global est la somme de ces deux composantes. L’énergie contenue dans le rayonnement diffus n’est pas négligeable, surtout si le ciel est brumeux, tant pour les systèmes d’utilisation de l’énergie solaire que pour la protection contre les surchauffes.

Ainsi, les dispositifs de captage de l’énergie solaire qui utilisent aussi le rayonnement diffus fournissent plus d’énergie que ceux qui ne captent que le rayonnement direct et un ombrage couvrant la totalité du rayonnement solaire protégera mieux que celui qui n’occulte que le disque solaire.

Enseignements de l’architecture vernaculaire

L’architecture vernaculaire a toujours su tirer parti des mesures passives pour adapter le bâtiment au climat et protéger les occupants des rigueurs climatiques. En effet, les occupants ont toujours cherché à améliorer leur confort et, comme de nombreuses technologies modernes n’étaient pas disponibles et que l’énergie était chère, ils ont tiré le meilleur parti des méthodes passives pour adapter leurs bâtiments au climat et à leurs besoins. L’igloo, le chalet, la casbah et la hutte malaise sont quelques exemples de telles adaptations, tous utilisant des matériaux locaux.

L’igloo permet d’assurer, par l’effet isolant de la neige et de la glace en assez grande épaisseur et les faibles dimensions de l’espace intérieur, une différence de température très importante entre l’intérieur (au-dessus de zéro) et l’extérieur (plusieurs dizaines de degrés en dessous de zéro) sans grande dépense d’énergie.

Le chalet ancien en madriers est particulièrement bien adapté au climat de montagne où le bois brut, qui est un matériau souvent disponible sur place, a une longue durée de vie. Le madrier massif ainsi que la toiture en tavillons sont de relativement bons isolants thermiques, le chauffage du chalet est rapide, tout en donnant une inertie thermique interne acceptable.

Le madrier permet une construction très robuste, résistant notamment à la pression de la neige. L’isolation acoustique du bois massif est aussi excellente, pour autant que les parois soient étanches à l’air. Ces chalets ont souvent leur façade principale, passablement vitrée, orientée vers le meilleur ensoleillement.

Le madrier massif n’est presque plus utilisé dans les constructions modernes en bois, car il est trop cher et le tavillonage, nécessitant beaucoup de main-d’œuvre, est réservé à la rénovation de bâtiments historiques.

Le toit des chaumières présente une excellente isolation thermique qui, alliée aux murs massifs de maçonnerie à la chaux ou de terre damée, permet de stabiliser le climat intérieur aussi bien en été qu’en hiver.

Autrefois disponible à bas prix (une humble chaumière…) la toiture de chaume est actuellement un luxe: il faut cultiver le blé spécialement et le moissonner à la main pour livrer une qualité de paille appropriée.

La casbah est adaptée au climat subtropical, sec et à fortes variations de température entre le jour et la nuit. Cette construction très massive, en pierre, brique ou terre crue, stabilise la température intérieure : la masse se refroidit lentement la nuit et prend beaucoup de temps à se réchauffer le jour. Pour celui qui en fait l’expérience, le contraste entre la chaleur torride du désert saharien et la fraîcheur relative régnant à l’intérieur des maisons de terre battue est étonnant.

La hutte malaise est posée sur pilotis pour la protéger de l’humidité du sol, voire des inondations pendant les orages tropicaux. Le toit de palmes protège de la pluie et du soleil, et de grandes ouvertures dans les façades permettent une ventilation traversante, causant des courants d’air très agréables dans un climat en permanence chaud et humide.

Malgré tout le charme de ces bâtisses, il ne faut toutefois pas tomber dans le passéisme. Les mesures constructives utilisées sont souvent inadaptées aux bâtiments actuels: elles sont décalées par rapport à l’évolution sociale et parfois inadaptées aux besoins actuels des occupants; leur construction demande beaucoup de main-d’œuvre, elles sont donc trop chères dans les pays industrialisés ; elles utilisent des matériaux démodés (à tort, comme la terre battue) ou trop chers (bois massif, pierre de taille, chaume).

Enfin, les matériaux et les méthodes modernes permettent de faire mieux que nos ancêtres, car nous disposons : de matériaux plus solides permettant de nouvelles formes ; de matériaux spécifiques (isolants, vitrages hautes performances), permettant d’assurer une meilleure protection; d’outils de conception et de dimensionnement permettant de s’assurer à l’avance, sans construire de nombreux prototypes ratés, que le résultat recherché sera atteint.

> Pour en savoir plus

 Extrait du titre  Éco-confort de Claude-Alain Roulet
Publié aux Presses polytechniques et universitaires romandes

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