LE BIOCLIMATISME
d'une architecture écologique à la maison passive
Le bioclimatisme est une discipline écologique de l'architecture. C'est une démarche qui adapte la conception / construction d'un bâtiment à son environnement et ses caractéristiques (climat, topographie, géographie, etc...) dans l'optique de diminuer la consommation énergétique et d'assurer un confort optimal aux usagers.
Une empreinte carbone minime définit les projets bioclimatiques. L'emploi de matériaux locaux et biosourcés la limite en phase exécution (chantier), la réduction des besoins de chauffage et de climatisation en phase exploitation. Cette architecture "décarbonée" s'inscrit dans la transition écologique en cours
L'architecture, via différents outils, tire profit des avantages naturels d'un site et, au contraire, se prémunit de ces contraintes dans le but d'améliorer l'enveloppe thermique d'un bâtiment et de viser une autonomie en énergie.
Climat
Architecture
Usager
L'objectif de l'architecture bioclimatique consiste à rechercher un équilibre durable entre :
- La conception et la construction d'un habitat
- Le climat et l'environnement de cet habitat
- Les occupants et leurs modes de vie
1 - Composer avec le climat
La démarche bioclimatique démarre par une phase de découverte et d'exploration du site et de l'environnement local. On distingue trois échelles climatiques pour l'analyse d'un site :
- le MACROCLIMAT, à l'échelle d'une région géographique importante tel un pays
- le MEZZOCLIMAT, à une échelle plus locale de type paysage
- le MICROCLIMAT, à l'échelle du site d'implantation
La qualité de cette analyse permettra de définir les contraintes et atouts d'un site en vue de proposer un bâtiment écologique et respectueux de son environnement. Les critères ci après déterminent l'analyse bioclimatique.
Ensoleillement
Le soleil est la source d'énergie principale en bioclimatisme. Il est essentiel de bien connaitre la position du soleil (hauteur & azimut) pour définir la durée d'ensoleillement & l'intensité du rayonnement.
Humidité
L'humidité influe sur la sensation de confort ou inconfort thermique des occupants. Prendre en compte les différences selon les saisons.
Sols
La nature du sol (végétation, revêtement extérieur, etc...) et du sous sol (argile, pierre, etc...) participe au confort des usagers via l'inertie.
Température
La connaissance de la température de l'air est une donnée essentiel pour la définition de l'enveloppe thermique du bâtiment.
Neige
La neige peut être considérée comme une couche isolante supplémentaire en toiture dans les climats de montagne.
Relief & Altitude
La diminution de la température est proportionnelle à l'altitude. Les reliefs dessinent des pentes plus ou moins bien orientées par rapport au soleil et au vent dominant
Vent
Bienvenu en été pour le rafraichissement, on cherche généralement à s'en protéger pour éviter les déperditions.
Végétation
Les arbres à feuilles caduques permettent de se protéger du soleil l'été et de le laisser entrer l'hiver à l'intérieur de la maison une fois les feuilles tombées
Voisins
Les constructions voisines et les paysages alentours peuvent constituer des masses solaires, à forte influence selon les heures de masquage.
Le climat méditerranéen offre un cadre idéal pour l'architecture bioclimatique. De Nice (Alpes maritimes) à Marseille (Bouche du Rhône), en passant par le Var, la Provence et le Vaucluse, il est caractérisé par des hivers doux, des étés chauds et un très fort taux d'ensoleillement. Le climat de notre région combine à la fois un apport en énergie solaire important et des températures confortables toute l'année, d'excellentes bases pour tous projets bioclimatiques.
2 - Adapter l'architecture écologique
L'architecture écologique est un mode de conception et de réalisation ayant pour préoccupation de concevoir une architecture respectueuse de l'environnement. Par extension, une fois le bâtiment achevé, elle a l'ambition de participer au bien-être et à la santé de ses usagers et d'améliorer la qualité de vie. Elle favorise la mise en œuvre de technologies vertueuses pour l'environnement et la réduction de la consommation d'énergie. C'est le développement durable.
L'architecture bioclimatique possède les mêmes ambitions. Elle repose sur une adéquation entre le site, la forme architecturale, les matériaux et la mise en œuvre. Elle tire profit des ressources climatiques d'un site pour améliorer sa consommation d'énergie et son aspect durable. L'architecture écologique devient bioclimatique via une conception raisonnée en fonction des qualités et contraintes d'un site. L'architecte dispose de multiples concepts et outils architectoniques pour répondre à ces objectifs. Ci après, une première liste non exhaustive :
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IMPLANTATION, ORIENTATION, VOLUMETRIE, COMPACITE.
L'implantation d'une maison bioclimatique se fait en fonction du site et de la courbe du soleil. On cherche à maximiser les apports solaires en composant avec des données comme l'orientation, la pente et la végétation existante. Les maisons bioclimatiques sont majoritairement orientées au Sud.
La volumétrie est une donnée majeure du bioclimatisme. D'un point de vue énergétique, la forme optimale est celle qui permet simultanément de perdre un minimum de chaleur et d'en gagner un maximum en hiver et d'en recevoir un minimum l'été. On jongle entre les parois captrices (Sud), déperditives (Nord) et alternativement captrices et déperditives (Est, Ouest & Toiture).
La compacité de la volumétrie est préconisée et recherchée. L'enveloppe présentant la plus faible surface de parois extérieures sera celle qui présentant le moins de déperditions thermiques. Elle doit répondre aux objectifs architecturaux. La compacité se justifie aussi d'un point de vue économique et écologique : moins de complexité, moins de matériaux donc moins de coûts de construction et de maintenance.
02
LE ZONAGE THERMIQUE.
Prévoir un volume intermédiaire au Nord jouant le rôle de tampon thermique. Cet espace pourra accueillir les annexes non chauffées (garage, cellier), les locaux d'utilisation irrégulière (atelier) ou ceux nécessitant une température peu élevée (sanitaire, buanderie). Ces espaces tampons permettent de réduire l'écart de température entre l'intérieur et l'extérieur, ils réduisent les déperditions de manière significative (20 à 30%)
03
LA SERRE SOLAIRE PASSIVE.
Orientée vers le Sud, la serre ou jardin d'hiver, constitue un excellent moyen de capter l'énergie solaire de manière passive. Elle capte les apports solaires via ses importantes ouvertures vitrées et les distribue à l'intérieur de la maison par l'inertie ou la ventilation. Elle peut couvrir 20 à 30% des besoins de chauffage d'une maison. En hiver, la serre participe au chauffage des espaces habités alors qu'en été elle permet le rafraichissement de l'air via des ouvertures de ventilation en toiture. C'est un espace chauffant mais non chauffé.
04
INERTIE & MASSE THERMIQUE.
La prise en compte de la masse thermique du terrain est une donnée du micro-climat qui s'inscrit dans la démarche bioclimatique. Disponible et économique, la terre est un matériau à forte inertie, elle possède la capacité de stocker, conserver et restituer la chaleur ou la fraicheur de manière diffuse. Dans cette optique, les surfaces de contact entre l'espace habitable et le "terre plein" sont privilégiées. Le terrain devient un acteur du confort thermique de la maison.
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MATERIAU INTERIEUR A FORTE INERTIE
Dans la même logique, le captage du rayonnement solaire sera optimisé à l'intérieur par des matériaux à forte inertie au niveau des dalles et des murs. Les matériaux lourds et denses comme la pierre, la brique pleine, la terre ou encore le béton en ont une importante. Bien positionnés dans un projet, ils constituent une source de confort et d'économie d'énergie via la propriété de déphasage thermique.
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PUIT PROVENCAL (OU CANADIEN)
Le puit provençal est un échangeur thermique constitué de canalisations enterrées dans lesquelles l'air circule avant d'entrer dans la maison. A deux mètres de profondeur, les variations de température sont faibles d'une saison à l'autre et nulles entre le jour et la nuit. Selon le principe de géothermie, à une profondeur donnée, l'air va, au contact de la terre, se réchauffer ou se refroidir selon les saisons. Un puit provençal assure une ventilation naturelle saine tout en participant au chauffage et au rafraichissement d'un bâtiment.
07
DESIGN CASQUETTE
Le dimensionnement des débords de toit est indispensable en bioclimatisme. Les "casquettes" assurent une protection solaire passive aux bâtiments en été tout en laissant le soleil pénétrer dans la maison en hiver. Les proportions sont définies par la position du soleil (hauteur) selon les saisons. Les casquettes participent directement au confort d'été de la maison dans le climat méditerranéen.
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MASQUE VEGETAL A FEUILLES CADUQUES
La plantation d'arbres à feuilles caduques devant la façade Sud participe au confort thermique de la maison. Ils protègent la maison du soleil l'été en créant un masque végétal et le laisse passer en hiver après la chute des feuilles en automne.
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MASQUE VEGETAL PESISTANT
Au contraire, au Nord, les espèces végétales à feuillage persistant, c'est à dire qui conservent leur feuille en toute saison. Les arbres protègent alors la maison du vent froid du Nord, barrière naturelle avant le bâtiment et les surfaces habitables.
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DES MATERIAUX NATURELS POUR UNE ENVELOPPE PERFORMANTE
Les matériaux biosourcés, d'origine végétale, animale ou minérale, sont privilégiés dans la construction de maison bioclimatique. Bois, brique en terre cuite, chanvre, paille, liège, ouate de cellulose, balle de riz, laine de mouton, etc ... ils sont nombreux, chacun avec ses propres vertus et moyens de mise en œuvre. Les matériaux naturels améliorent la qualité des espaces intérieurs et participent au confort et au bien-être des usagers. Ils participent à la diminution de l'empreinte carbone de la construction.
etc
ET TANT D'AUTRES...
Les murs capteurs accumulateurs, l'effet trombe, les doubles peaux, la récupération d'eaux de pluie, la gestion des eaux grises et noires, la phyto-épuration, l'installation de panneaux solaires photovoltaïques, la ventilation naturelle, la free cooling , l'albédo et la réflection des matériaux, le réemploi, etc... Il existe une multitude d'outils pour rendre une architecture écologique et bioclimatique.
3 - La responsabilité des usagers : maison passive, habitants actifs
L'architecture bioclimatique tend vers la construction de bâtiments passifs. Dans ces constructions, la chaleur dégagée à l'intérieur de la construction (êtres vivants, appareils électriques) et celle apportée par l'extérieur (ensoleillement) suffisent à répondre aux besoins de chauffage. Pour un fonctionnement optimisé, l'architecture bioclimatique fait participer les habitants à leur propre confort. Il n'est plus consommateur mais acteur dans son habitat. il a un rôle d' "animateur énergétique" chez lui. Cette responsabilité se traduit par des petits gestes à adopter selon les heures de la journée, les saisons et les températures extérieures :
- PROTECTION SOLAIRE : Ouvrir ou fermer les protections solaires en hiver (volets, BSO, voilage ...) pour capter l'énergie solaire du jour et limiter les déperditions la nuit. En été, déployer les occultations solaires pour lutter contre les surchauffes.
- SERRE PASSIVE : Ouvrir ou fermer les portes et cloisons amovibles séparant les espaces, notamment entre la serre passive et les espaces de vie pour créer des mouvements d'air chaud par tirage thermique.
- VENTILATION NATURELLE : Ouvrir ou fermer des fenêtres pour profiter de l'air extérieur lorsqu'il est à une température adaptée au confort intérieur.
- SURVENTILATION NOCTURE : Créer les nuits d'été des mouvements d'air propice au rafraichissement.
- SOBRIETE D'USAGE : Mise en route ou arrêt des systèmes de chauffage d'appoint et des éventuels dispositifs de rafraichissement de l'air. La meilleure énergie est celle qu'on ne consomme pas.
- ENTRETIEN : Vérifier régulièrement l'état des systèmes de ventilation naturelle ou mécanique (filtre de VMC double flux ou des puits canadiens), des batteries de stockage de production d'électricité photovoltaïque (panneaux solaires), entretenir les conduits de cheminée, etc ...
La participation active des habitants est source d'économies d'énergie immenses. Elle fait fonctionner l'architecture écologique désignée par l'architecte en fonction d'un environnement et un climat. C'est du bioclimatisme !