10-2-1* Choix des matériaux et des isolants pour la construction :

III-10-2- Propriétés thermiques des matériaux de construction:

Les propriétés thermophysiques des matériaux ont une influence sur la performance thermique du bâtiment. Comme c'est déjà énoncé, la haute densité des matériaux de construction est aussi un indicateur de haute conductivité thermique, c’est à dire qu’ils ont une faible résistance thermique. Par contre, les matériaux isolants ont une basse conductivité et une haute résistance thermique, donc ils font de bons isolants thermiques mais faibles pour le stockage de la chaleur. En conséquence, quand la chaleur est appliquée sur les matériaux de propriétés différentes, il y aura un effet différent sur eux.

Pour que les matériaux stockent efficacement la chaleur, ils doivent présenter de plus hautes valeurs de densité, de capacité thermique et de conductivité thermique. De plus, toutes les combinaisons de propriétés thermophysiques des matériaux sont importantes sous certaines circonstances.

III-10-2-1* Choix des matériaux et des isolants pour la construction :

L’apparition de nouvelles exigences qualitatives sur notre environnement, a conduit les architectes a se réintéresser aux matériaux et à leur mise en œuvre. Ces recherches s’accompagnent d’une prise en compte des nouveaux facteurs de notre économie, par exemple le coût écologique. Le choix des matériaux de construction, joue un rôle important dans le confort des locaux. Les matériaux idéaux sont ceux qui offrent une grande capacité calorifique. Favorisant ainsi une absorption du rayonnement solaire le jour et assurant une restitution de la chaleur la nuit, tel que la pierre et l’argile. En fait, ces matériaux sont très anciens puisque utilisés par d'anciennes civilisations. Mais aujourd'hui on les redécouvre avec leurs grandes qualités, leurs atouts par rapport aux matériaux modernes. J.M Fitch et D. Branth précisent à ce sujet que « l’argile et la pierre sont les matériaux de plus grande

capacité calorifique ceux-ci sont abondant en région désertique et c’est précisément en les utilisant que toutes les peuplades primitives du monde ont érigé leurs demeures »³² En ce début de millénaire, on retourne à grand pas vers le naturel, le biologique, vers des matériaux que les anciens travaillaient déjà avec un grand savoir-faire. La terre crue, comme

31 SHAVIV. E, YEZIOTO, et al, Thermal mass and night ventilation as passive cooling design strategy, Renewable Energy 28, 2001, pp 455-452

32 FITCH .J.M et BRANDTH .D, Primitive architecture and climate “Scientific American” Décembre 1960, p138, In “Architecture et volupté thermique”, Paris: Editions Parenthèses, 1981, p 26.

le pisé, la terre cuite, l’adobe, la terre-paille et le torchis possèdent des qualités thermiques tout à fait remarquables ainsi qu'un très bon niveau d'isolation, et une inertie thermique de 12h qui amortit les variations de température quelle que soit la saison.

Les isolants sont utilisés pour assurer un certain confort : prévoir un générateur de chaleur et frein des déperditions. L’isolation est utilisée surtout à cause du mode constructif moderne qui tend à limiter l’épaisseur des parois opaques et à augmenter les surfaces vitrées. L’isolation permet d’éviter qu’il se produise de la condensation sur les parois et dans les parois. Comme elle évite la sensation de la paroi froide (Cette sensation intervient quand la température surfacique de la paroi a une différence de plus de 3°C avec la température ambiante de la pièce). Des murs bien isolés diminuent les transferts de chaleur de 25 à 35 % des transferts totaux du bâtiment.

Exemple, les biomatériaux issus de déchets de papier journal, de pneumatiques ou de matière naturelles (lin, chanvre, coco…,) nécessitent peut de transformations et de dépenses d'énergie. Non polluants et faciles à recycler et très présent dans le secteur d'isolation, les biomatériaux sont agglomérés, compactés, compressés, enchevêtrés sous forme de plaques ou de rouleaux. Ils existent aussi en granules et ouate à épandre ou projetés³³(Voir annexe-II-)

III-10-3- Ventilation:

Le rôle de la ventilation sur la performance de l'inertie thermique est principalement associé aux heures de nuit. En périodes chaudes, les températures externes sont habituellement inférieures le soir que les températures internes, donc c'est possible d'utiliser l'air la nuit pour refroidir la structure du bâtiment. Comme expliqué par Balaras en1996: « l’air de ventilation augmente les pertes de la chaleur convective des éléments de la masse

et dissipent la chaleur restituée vers l’extérieur où la température est inférieure. »

Avant d'exposer l'interaction de la ventilation nocturne avec l’inertie thermique, quelques descriptions de base du processus de la ventilation naturelle sont nécessaires, comme suit:

La ventilation naturelle est principalement utilisée pour le contrôle de la qualité de l'air intérieur et aussi pour fournir le confort thermique en été. En général, il y a deux contributions principales d'écoulement de masse d'air pour l'équilibre de l'enthalpie d'une pièce: l'écoulement d'air pénétrant de l'extérieur par infiltration ou ventilation d'air frais et les taux d'écoulement d'air interzonale dû au transfert de masses d'air entre les zones d'un bâtiment. Les forces conductrices pour la ventilation naturelle qui influence les taux

d'infiltration ou de la ventilation dans les bâtiments sont l'effet du vent et l'effet de « stack ». Le vent crée une distribution de pression autour du bâtiment d'après la pression atmosphérique. Le phénomène d'effet du stack est causé par les différences de densité entre l'intérieur et l'extérieur d'un bâtiment, ou entre zones. Le comportement thermique d'une construction est fortement associé à la ventilation et à l'infiltration d'air. En même temps, l'écoulement d'air dépend des niveaux thermiques des différentes zones du bâtiment. En absence du vent, ces différences sont les seules forces motrices pour la ventilation.³⁴

Signalons que la ventilation transversale à l’intérieur du bâtiment est la meilleure stratégie. Bouchehame affirme que même dans les pièces n’ayant qu’une seule paroi extérieure, la ventilation transversale peut être provoquée grâce à la distribution des pressions sur le mur exposé au vent. ³⁵ Elle rajoute que si la pièce est à l’abri du vent une augmentation de 1°C dans la température ambiante peut être enregistrée.

Il y a plusieurs problèmes qui peuvent empêcher les occupants de rendre efficace la ventilation naturelle dans le bâtiment. Les obstacles principales sont la sécurité, l'intimité, le bruit, la pollution de l'air, la projection d'ombre pour le contrôle solaire, la prévention et l'ignorance des occupants au sujet de comment prendre meilleur avantage de la stratégie de ventilation naturelle. Il y a aussi des obstacles affrontées par le concepteur pendant le processus du conception du bâtiment, tel que les règlements constructifs en général et les règlements contre l'incendie, le besoin de fournir l'ombre, l'intimité et l'éclairage et encore, le mode d'usage de l'occupant.

C'est aussi une question spéciale quand le refroidissement naturel par ventilation nocturne est mis en usage. Pour la ventilation naturelle Van der Maas et al, 1994 affirment que c'est important d'avoir la stratégie de ventilation sous contrôle pour qu'elle soit efficace pendant les périodes chaudes, (en réduisant le taux de ventilation pendant le jour) et les solutions pratiques doivent être trouvées par les concepteurs pour buts de ventilation nocturne, qui satisfaisaient des exigences de sécurité et d'intimité aussi bien que de fournir la protection de bruit, des insectes..

Le flux d’air extérieur avec une vitesse donnée à travers le logement prolonge la limite supérieure de la zone de confort au delà de la limite pour les conditions d’air calme, et peut prévoir un effet physiologique de rafraîchissement. Ainsi la ventilation journalière peut améliorer la sensation du confort d’où le terme « Comfort ventilation » suggéré par Givoni en 1991.

34 ALLARD. F,1998, In “ Thermal inertia and natural ventilation – Optimisation of thermal storage as a cooling technique for residential buildings in Southern Brazil “ Octobre,2004.

35 BOUCHEHAME.Yassmina, Investigation sur la performance thermique du capteur à vent pour un

Givoni divise le refroidissement par ventilation en deux types de stratégies: la ventilation du confort et le refroidissement nocturne convectif. La distinction entre eux est envisagée puisque quelques éléments du bâtiment, tel que les matériaux structurants et les propriétés thermiques de la masse du bâtiment exigent différentes conceptions pour l'efficacité de chacune de ces stratégies de ventilation. La ventilation du confort fournit le confort humain direct par la recherche de l'augmentation du refroidissement convectif des occupants en augmentant la vitesse de l'air interne. Cette technique est utilisée principalement pendant la journée. Par conséquent la limite de la température pour l'application de la ventilation du confort est la limite du confort à la vitesse de l'air augmentée. Si la vitesse de l'air intérieur est de 1.5 - 2 m/s, la ventilation du confort est principalement applicable dans les régions et les saisons où la température maximale extérieure de l'air ne dépasse pas de 28-32°C, selon l'acclimatation de la population locale, et où la moyenne de la température diurne est moins de 10°C.³⁶ La ventilation nocturne ou le refroidissement convectif nocturne consiste dans le refroidissement de la masse structurante du bâtiment par la ventilation nocturne, en utilisant la température extérieure inférieure comme un absorbeur de chaleur. La structure refroidit peut absorber le flux de chaleur le jour suivant et fournie le confort, en réduisant à la fois les températures de l'air intérieur et de surface. C'est le principe essentiel de l'interaction entre la ventilation nocturne et l'inertie thermique du bâtiment. D'après Givoni (1991), pour augmenter l'effet de refroidissement la nuit, le bâtiment devrait être fermé pendant la journée pour éviter d'amener l'air extérieur chaud dans les pièces. Dans cette considération, la ventilation nocturne ne peut pas être combinée avec la ventilation du confort de la journée (par les moyens naturels) puisqu'elle réduira les différences de la température entre l'intérieur et l'extérieur, en diminuant l'effet d'absorption de chaleur de la masse.

Lorsque les conditions climatiques n'autorisent pas l'usage de la ventilation nocturne, puisque la température extérieure ou niveau de l'humidité sont élevés, c'est encore possible de pré- rafraîchir le bâtiment qui utilise le système d'air conditionné pendant les heures creuses. La partie de la charge de rafraîchissement sera couverte passivement par la masse refroidit du bâtiment, à condition que le bâtiment soit bien isolé et il n'est pas aéré pendant le jour. D'où, c'est possible de réduire la consommation d'énergie des bâtiments climatisés, puisque le temps de fonctionnement du système sera réduit. Selon Balaras, 1996, Keeney, K et J. Braun, 1997 pré- rafraîchir la masse thermique d'un bâtiment est une approche du stockage thermique pour le refroidissement des bâtiments commerciaux.

36 GIVONI.B, Performance and applicability of passive and low-energy cooling systems, Energy and Buildings vol. 17, 1991, pp177-199.