Bioclimatique, pourquoi ?

Architecte Thierry Noben bois

Quelle méthodologie de conception ?

La conception bioclimatique consiste à tirer le meilleur profit de l’énergie solaire, abondante et gratuite. En hiver, le bâtiment doit maximiser la captation de l’énergie solaire, la diffuser et la conserver. Inversement, en été, le bâtiment doit se protéger du rayonnement solaire et évacuer le surplus de chaleur du bâtiment. La conception bioclimatique s’articule autour des 3 axes suivants :

1. Capter / se protéger de la chaleur

Dans l’hémisphère nord, en hiver, le soleil se lève au Sud Est et se couche au Sud-Ouest, restant très bas (22° au solstice d’hiver). Seule la façade Sud reçoit un rayonnement non négligeable durant la période d’hiver. Ainsi, en maximisant la surface vitrée au sud, la lumière du soleil est convertie en chaleur (effet de serre), ce qui chauffe le bâtiment de manière passive et gratuite.

Dans l’hémisphère nord, en été, le soleil se lève au Nord Est et se couche au Sud-Ouest, montant très haut (78° au solstice d’été). Cette fois ci, ce sont la toiture, les façades Est (le matin) et Ouest (le soir) qui sont le plus irradiées. Quant à la façade Sud, elle reste fortement irradiée mais l’angle d’incidence des rayons lumineux est élevé. Il convient donc de protéger les surfaces vitrées orientées Sud via des protections solaires horizontales dimensionnées pour bloquer le rayonnement solaire en été. Sur les façades Est et Ouest, les protections solaires horizontales sont d’une efficacité limitées car les rayons solaires ont une incidence moins élevée. Il conviendra d’installer des protections solaires verticales, d’augmenter l’opacité des vitrages (volets, vitrage opaque) ou encore de mettre en place une végétation caduque.

En règle générale, dans l’hémisphère nord, on propose :

  • Une maximisation des surfaces vitrées orientées au Sud, protégés du soleil estival par des casquettes horizontales,
  • Une minimisation des surfaces vitrées orientées au Nord. En effet, les apports solaires sont très faibles et un vitrage sera forcément plus déperditif qu’une paroi isolée,
  • Des surfaces vitrées raisonnées et réfléchies pour les orientations Est et Ouest afin de se protéger des surchauffes estivales. Par exemple, les chambres orientées à l’ouest devront impérativement être protégées du soleil du soir.

 

Disposition conseillée des pièces

2. Transformer, diffuser la chaleur

Une fois le rayonnement solaire capté et transformé en chaleur, celle-ci doit être diffusée et/ou captée. Le bâtiment bioclimatique est conçu pour maintenir en équilibre thermique entre les pièces, diffuser ou évacuer la chaleur via le système de ventilation.

La conversion de la lumière en chaleur se fait principalement au niveau du sol. Naturellement, la chaleur a souvent tendance à s’accumuler vers le haut des locaux par convection et stratification thermique, provoquant un déséquilibre thermique. Afin d’éviter le phénomène de stratification, il conviendra de favoriser les sols foncés, d’utiliser des teintes variables sur les murs selon la priorité entre la diffusion de lumière et la captation de l’énergie solaire (selon le besoin) et de mettre des teintes claires au plafond.

Les teintes les plus aptes à convertir la lumière en chaleur et l’absorber sont sombres (idéalement noires) et celles plus aptes à réfléchir la lumière en chaleur sont claires (idéalement blanches).

Il est également à noter que les matériaux mats de surface granuleuse sont plus aptes à capter la lumière et la convertir en chaleur que les surfaces lisses et brillantes (effet miroir).

Une réflexion pourra également être faite sur les matériaux utilisés, pouvant donner une impression de chaud ou de froid selon leur effusivité.

3. Conserver la chaleur ou la fraicheur

En hiver, une fois captée et transformée, l’énergie solaire doit être conservée à l’intérieur de la construction et valorisée au moment opportun.

En été, c’est la fraicheur nocturne, captée via une sur-ventilation par exemple, qui doit être stockée dans le bâti afin de limiter les surchauffes pendant le jour.

De manière générale, cette énergie est stockée dans les matériaux lourds de la construction. Afin de maximiser cette inertie, on privilégiera l’isolation par l’extérieur.

Favoriser l’éclairage naturel

L’optimisation des apports d’éclairage naturel, réduisant votre consommation électrique d’éclairage est également un point essentiel de la conception bioclimatique.