Chapitre 04 : la maison bioclimatique
III- Gestion d’un projet d’habitat bioclimatique
Le principal obstacle à l'origine d'un tel projet est représenté par les habitudes des
professionnels dubâtiment auxquels on va avoir à faire à tous les niveaux, et la nécessité de
leur faire accepterl'existence de méthodes qui remettent radicalement en cause leur manière
de travailler.Seul un architecte compétent et engagé dans cette démarche pourra avoir une
autorité suffisante pour obliger des professionnels à respecter effectivement un cahier des
charges dont ils auront toujours du mal à comprendre les buts et la motivation de base. Seul un
architecte pourra aussi rédiger les documents contractuels (études de métrés, bordereaux
quantitatifs) qui permettront de garantir la bonne exécution des travaux demandés, sans
surcoût ultérieur occasionné par les "n‟avait pas compris" et sans aboutir automatiquement au
tribunal ou à l'arrêt du chantier.
12I.V- Définition de dispositif architectural :
Au fil du temps, L‟esprit innovateur et créatif qui caractérise l‟être humain, l‟incite à
améliorer ses conditions de vie aux moyennes de mettre à sa disposition des mécanismes
efficaces. Mais il en résulte de celle-ci, suite au non prise en considération de certains
paramètres déterminants, des conséquences négatives relatives à l‟adaptation aux nouvelles
techniques ; elles sont devenues inquiétantes avec l‟apparition des énergies non
renouvelables, elles ont engendré de sérieux problèmes sur le milieu naturel récepteur.
Un dispositif est un ensemble cohérent constitué de ressources, de stratégies, de
méthodes et d‟acteurs interagissant dans un contexte donné pour atteindre un but.
13Un dispositif architectural est donc l‟ensemble des mécanismes mises en application
dans l‟étude d‟un projet, il a pour objet de palier aux aléas et aux difficultés naturels, aux
insuffisances vécus ou observées par les dispositifs antérieurs et de surmonter les contraintes
y apparues de façon à contribuer au confort exigé par les normes techniques et la
règlementation en vigueur, mais sans porter préjudice à l‟environnement, notamment le
déséquilibre ou le dysfonctionnement du system écologique. Ces dispositifs sont les synthèses
des études d‟impacts pluridisciplinaires, avec pour objectif d‟innovation pour le bien-être de
l‟humanité.
12BERSON, M.«Guide de l’éco habitat », page 35, PDF.
13
Samuel ,C et jean pierre O,Op.cit. « la conception bioclimatiques des maisons confortable et économes » ,P : 138-159.
I.V.1-Les types des dispositifs architecturaux :
En architecture, les dispositifs architecturaux se diffèrent sous plusieurs catégories, selon
l‟objectif préconisé afin de minimiser les problèmes de l‟inconfort susceptible rencontre dans
les constructions :
I.V.2-Les dispositifs thermiques :
I.V.2-1 : la toiture végétale :La toiture végétalisée consiste en un système d‟étanchéité
recouvert d‟un complexe drainant, composé de matière organique et volcanique, qui accueille
un tapis de plantes pré cultivées (sédum, vivaces, graminées…). S‟installant aussi bien sur
une structure en béton, en acier ou en bois, elle offre une surface vivante qui change d‟aspect
en fonction des saisons et de la floraison des végétaux. Il existe trois types des toitures
végétalisée : extensives, semi intensive et intensives.
Le complexe d’un toit végétal: voirannexe 02 :
La structure Portante: peut être réalisée en bois, en béton ou en acier, elle doit pouvoir être
en mesure de supporter une charge d'environ 90 à 130 kg/m². L'inclinaison de cette dernière
ne doit pas excéder une pente d'environ 35 °.
une isolation Thermique : permettant de compléter la toiture. Cette dernière vient sous
l‟étanchéité.
L’étanchéité : d‟ailleurs comme pour toute toiture) est essentielle. Il convient de signaler
qu‟une terrasse végétalisée bien réalisée fuira beaucoup moins qu‟une traditionnelle,
Une membrane de drainage : pourra diriger l‟eau de pluie vers le drain du toit ou les
gouttières extérieures En général, cette membrane est recouverte d‟un filtre Géotextile
non-tissé qui a pour mission de retenir les fines particules du sol et de laisser l‟eau s‟égoutter.
Le substrat : est constitué d‟un mélange de minéraux à pores ouverts, sa couche peut varier
de 6 à 10 cm. De nombreuses sortes de plantes peuvent pousser sur les toits.
une couche Végétale : La végétalisation sera choisie en fonction du climat de la région de
l‟ensoleillement, mais aussi de la pente du toit, de l‟épaisseur du substrat, et de l‟usage
attendu de la toiture. L'épanouissement des plantes du toit végétal prend quelques années.
14I.V.2-2 : Brise soleil:
a-Définition :
Le terme protection solaire inclut généralement tous les dispositifs visant à empêcher
le rayonnement solaire d‟atteindre le bâtiment afin de minimiser les surchauffes et de
contrôler l‟éblouissement lumineux. Un brise-soleil est un dispositif dont le rôle spécifique est
d‟éviter que tout ou partie du rayonnement solaire pénètre à travers une ouverture. Il peut être
fixe ou orientable.
Un positionnement judicieux permet de contrôler les apports solaires (chaleur,
lumière, rayonnement ultra-violet) selon l‟heure ou la saison. L‟importance saisonnière joue
d‟autant mieux qu‟on est près du cercle polaire où les variations de hauteur de soleil par
14
LUCKETT, K. (2011) , «Toit verts / Construction et maintenance ». P :36. Figure .82 : les composants d‟une toiture végétalisée. (Source : toiture-vegetalisee.architecteo.com)
rapport à l‟horizon sont les plus importantes. En été, le soleil peut être caché, et en hiver il
peut pénétrer jusqu‟au fond d‟une pièce pour mieux l‟éclairer et la chauffer.
15b-Implantation et orientation :
Sud /est, sud/ouest L‟exposition sud est la plus intéressantes car le soleil est haut ,il
est facile de s‟en protéger . C‟est l‟exposition la plus favorable en été après le plein nord, tout
en étant la meilleur en hiver.
Orientable, mobil : Est et Ouest
IL faut éviter des terrasses claires devant les baies vitrées car le soleil se réfléchit
dedans et la chaleur pénètre dans la maison. Le brise-soleil offre une meilleure protection de
la lumière et une plus large réflexion des rayons du soleil. Il permet de faire des économies
d’énergie. Donc le brise soleil offre un confort thermique ; visuelle, un esthétique de
bâtiment et un climatiseur naturel lorsque on utilise des brise soleil végétaux.
I.V.2-3 : Le capteur solaire thermique :
Un capteur solaire thermique est un dispositif conçu pour recueillir l‟énergie solaire et
la convertir en chaleur en la transmettant à un fluide caloporteur. Il est constitué d'un panneau
noir absorbant la chaleur du soleil pour la transmettre à de l'eau circulant dans le capteur
solaire.
15
DEMERS, C. et POTVIN, A. (2004)«Le brise-soleil : la dernière grande invention environnementale en Architecture ». P : 25.
Il existe principalement deux types de capteurs solaires thermiques : le capteur plan le
plus simple et le moins cher et le capteur à tubes sous vide ayant un meilleur rendement
solaire car il récupère plus efficacement le rayonnement solaire. Le capteur solaire est
principalement utilisé pour le réchauffage de
l'eau chaude sanitaire ou le complément au
chauffage de la maison ou de l'immeuble. Le
principe des panneaux solaires thermiques est
d‟absorber l‟énergie solaire pour la restituer
sous forme de chaleur. L‟énergie solaire est
directement convertie en chaleur par
l‟intermédiaire de capteurs solaires thermiques.
.I.V.2-4 : Les Serres/ Les vérandas :
a-Définition de serres :
Les serres également appelées (serres solaires) est
un volume vitré capteur de chaleur. Outre sa fonction
première d'apport pour une partie des besoins en
chauffage d'un logement (pouvant aller jusqu'à 40%), elle
peut également contribuer au rafraichissement en été et
devenir un espace à vivre à part entière pendant certaines
saisons.
b- Principe de fonctionnement :
Une serre bioclimatique fonctionne comme un mur capteur de type double peau dont
la lame d‟air serait suffisamment large pour être habitable.
b-1 : En hiver : emmagasiner un maximum de chaleur solaire L'air de la serre est rapidement
réchauffé dès que le soleil frappe le vitrage, et peut pénétrer dans la maison parles ouvertures
(fenêtres, portes), qu'il convient de laisser ouvertes à cet effet. En même temps, les partie
maçonnées (dalle, mur capteur ) stockent les calories pour les distribuer lentement dès que la
température redescend (le soir). Il convient à ce moment de fermer les ouvertures, afin de ne
pas laisser la chaleur partir vers la véranda.
b-2 : En été : éviter les surchauffes Le rayonnement solaire qui atteint le vitrage doit être
limité par des occultations (store, casquette, végétation...). En outre, une ventilation naturelle
peut être mise en place grâce à des Ouvertures spécifiques en partie haute et partie basse de la
véranda».
Figure .84: le capteur solaire thermique et son principe de fonctionnement. (Source : toiture-vegetalisee.architecteo.com)
Figure .85: Exemple d‟utilisation de serre solaire dans l‟habitat(Source : la conception bioclimatiques des maisons confortable et économes Samuel courge et jean pierre Oliva).
Enfin, la serre bioclimatique sera mise à profit a différents périodes de l‟année pour
améliorer l‟efficacité du système de ventilation : Préchauffage de l‟air en période froide
Contribution à la sur ventilation nocturne en été.
16c-Orientation :
L'orientation optimale d'une serre est plein sud, néanmoins un écart de plus ou moins
20° neModifie que modérément (-5%) la performance de captage (capacité de la serre à
intercepter le rayonnement solaire).
L’intégration de la serre au bâti :
3 principaux types d'intégration sont à étudier :
16
M.KELIL NADHIRA(KHEDDOUMA MANAR) ,(2015). « les énergies solaires dans l’habitat bioclimatique » , OPTION : Architecture et durabilité architecturale :44.
Figure .86:Schéma de fonctionnement de la serre en hiver. (Source : la conception bioclimatiques des maisons confortable et économes Samuel courgey
et jean pierre Oliva).
Figure .87 : Schéma de fonctionnement de la serre en été. (Source : la conception bioclimatiques des maisons confortable et économes Samuel courgey et jean pierre Oliva).
Figure.88: Le concept de la serre solaire en jour(Source : Pierre (Amet) : Projet Serre solaire active et passive de culture potagère pour
usage en zone de montagne, APPER France).
Figure .89: Le concept de la serre solaire en nuit(Source : Pierre (Amet) : Projet Serre solaire active et passive de culture potagère pour usage en zone de montagne, APPER France).
C-1 : En épi : Ce type de véranda très répandu est le
moins performant. Il présente une importante surface
exposée au rayonnement, mais également de plus
amples déperditions et des échanges réduits avec le
logement.
C-2 : En angle ou semi encastrée : ces deux options
présentent des performances intermédiaires. Pour la
véranda d'angle, on veillera à éviter l'exposition ouest de
manière à éviter les surchauffes en fin de journée.
C-3 : Encastrée: ce type de serre est la plus performante. La façade de
captage est optimisée (surface en contact avec l'extérieur en plein sud) et
les surfaces de contact entre laserre et l'habitation sont maximales..
17C-4:Les dimensionnements des serres :
Il n'y a pas de règle précise pour le dimensionnement d'une serre, il dépend en Premier
lieu de l'usage que l'on veut en faire. Néanmoins, quelques principes Doivent être pris en
compte :
– la surface vitrée doit être la plus grande possible et orientée au sud.
– si le bâtiment comporte plusieurs niveaux, il est préférable que l'ensemble des Niveaux
disposent d'un accès à la véranda pour en tirer profit.
d-serre et ventilation :
L'hiver : L‟air neuf transite par la serre où il est préchauffé.Il est ensuite insufflé dans
l'espace intérieur par le système de ventilation de la maison (par exemple le système du puits
canadien).
L’été :
Journées d'été (risque de surchauffes) :
Toutes les communications entre la serre et l'espace de vie doivent être fermées. La
ventilation de la serre doit être importante pour éviter l'effet « four ». Elle se fait
naturellement par tirage thermique grâce à des orifices spécifiques (partie basse et haute) .
Nuits d'été :
Le bâtiment entier est sur ventilé de façon à ce que la structure soit tempérée par la
fraîcheur de l'air extérieur.
17
Le système de ventilation de la maison laisse place alors à une Ventilation naturelle
traversant partant de la façade nord jusqu'à la serre, qui fait alors office de «Cheminée
thermique ».
I.V.2.5-Mur trombe :
Le mur Trombe est un système simple et intéressent de captage de l‟énergie solaire. Il
est constitué d‟un mur vertical en maçonnerie lourde orienté vers le Sud et muni de deux
orifices permettant la circulation de l‟air entre le local et la serre formée par la surface
réceptrice du mur et le vitrage qui le précède.
Principe de fonctionnement :
a- Fonctionnement pendant l’été :
Figure .90:la ventilation de la serre en été (jour) (Source : la conception bioclimatiques des maisons
confortable et économes Samuel courgeyet jean pierre Oliva)
Figure.91: la ventilation de la serre en hiver
(Source : la conception bioclimatiques des maisons confortable et économes Samuel courgey et jean pierre Oliva).
Figure .92: la ventilation de la serre en été (nuit) (Source : la conception bioclimatiques des maisons confortable et économes Samuel courgey Et jean pierre Oliva).
L‟air extrait (l‟air chaud de la pièce)
circule vers l‟extérieur, mais à l‟extérieur du
bâtiment on bloque l‟entrée de l‟air chaud et
aussi on prévoit sur la face extérieure de la vitre
unparascolaire qui empêche le chauffage de la
paroi parl‟intermédiaire de la radiation solaire.
La nuit, quand la température extérieure est la
plus faible (fraîcheur nocturne), l‟air peut être
introduit directement dans le local.
18b-Fonctionnement pendant l’hiver :
a. L‟air extrait (l‟air chaud de l‟intérieur de la pièce) circule dans une double lame,
Successivement, de bas en haut puis de haut en bas, tandis que l‟air neuf (l‟air froid) fait un
“aller simple” dans la lame extérieure, de bas en haut, pour réchauffer la pièce grâce à la
radiation du soleil et de l‟effet de serre qui a lieu entre la paroi échangeur et la vitre.
b. Le sens de circulation des débits a été choisi de manière à bénéficier d‟un échangeur à
contre le courant et également à récupérer les effets de la convection naturelle lorsque
latempérature extérieure est la plus faible.
19I.V.3 :Les dispositifs hygroscopiques :
I.V.3-1 :La ventilation naturelle :
18 HAMDANI ,M. (2010) , «Étude des Performances Thermiques d‟un Mur Trombe », P :65.
19
Pierre (Amet) : Projet Serre solaire active et passive de culture potagère pour usage en zone de montagne, APPER France
Figure .95: La stratégie de mur trombe en été et hiver Source : MARIA (Lopez diaz) : (AITRISE DES AMBIANCES 3 THERMIQUES) Cours 6décembre 2013.
Figure.93: Stratégie du froid (été) pour éviter le climat(Source : MARIA (Lopez Diaz) : (AITRISE DES AMBIANCES 3 THERMIQUES) Cours 6 décembre) 2013.
Figure .94: Stratégie du chaud (hiver) Source : MARIA (Lopez Diaz) : (AITRISE DES AMBIANCES 3 THERMIQUES) Cours 6 décembre 2013).
La ventilation naturelle consiste à créer des
courants d'air dans le logement en utilisant des
mécanismes simples tels que le vent ou le tirage
thermique.
Elle a pour but de préserver la qualité sanitaire
de l‟air intérieure d‟éviter des dégradations au
bâtiment.
Permet d‟évacuer l‟humidité produite par les
occupants et leurs activités, les gaz et les particules
volatiles et autres polluants qui pourraient stagner. La ventilation naturelle fonctionne par le
phénomène de convection naturelle due aux différences de températures qui ont pour effet de
provoquer un tirage de l'air du bas vers le haut (air extérieur froid).
I.V.3-2 : Puits Canadien :
Le puits canadien est une réponse écologique et efficace aux exigences énergétiques
d'une maison passive. C‟est un système de ventilation qui utilise l‟énergie solaire
emmagasinée dans les couches superficielles
de la croûte terrestre. Le principe consiste à
réchauffer (en hiver) ou rafraîchir (en été) tout
ou partie des apports d‟air neuf d‟une maison
ou d‟un bâtiment, en aspirant de l‟air extérieur
par un puits d‟air et en le faisant circuler dans
un conduit d‟échange thermique enterré avant
de le redistribuer à l‟intérieur du bâtiment.
20I.V.3-3 :Les tours à vent « Badgir » :
Le Badgir est un élément traditionnel
d'architecture perse utilisé depuis des siècles pour
créer une ventilation naturelle dans les bâtiments.
De nombreux réservoirs d'eau traditionnels ont été
bâtis couplés à des capteurs de vent, permettant
ainsi de stocker l'eau à des températures
extrêmement fraîches pendant les mois d'été. Ils
20
LATLI.l, GUENDOUZI. M. (2015) « Les dispositifs de contrôle d'ensoleillement : Cas des Brise-soleil Fixes »Mémoire de Projet de Fin d‟Etudes pour l‟obtention du Diplôme de : MASTER
ACADEMIQUE.P :23_28.
Figure .98: La tour à vent et son principe de fonctionnement. (Source : www.solaripedia.com)
Figure .96:le principe de la ventilation naturelle. (Source : www.lemoniteur.fr)
Figure .97 : Schéma de principe du puits canadien. (Source : www.puitscanadien.com).
étaient généralement construits en forme de polygone régulier, notamment de tétragone et
d‟octogone.
La hauteur de la colonne devait être supérieure à celle des autres éléments du toit et il
fallait les faire remonter juste au-dessus du la "chambre du bassin". Au milieu de cette
chambre se trouvait un ou plusieurs réservoirs d‟eau établissant la connexion entre
l‟arrière-cour et les chambresestivales. La différence depression aide donc à remonter l'air chaud vers
le sommet et à amener de l'air frais vers le bas de la colonne. Couplé avec les propriétés de la
terre crue, cela augmente les qualités de résistance à la transmission de chaleur.
I.V.4-Les dispositifs de production électrique :
I.V.4-1 :Les panneaux photovoltaïques (Energie
solaire) :
L‟énergie solaire photovoltaïque est une forme
d‟énergie renouvelable. Elle permet de produire de
l‟électricité par transformation d‟une partie du
rayonnement solaire grâce à une cellule photovoltaïque.
Elle provient de la conversion de la lumière du soleil en
électricité au sein de matériaux semi-conducteurs
commele silicium ou recouverts d‟une mince couche
métallique.
21V-Les Avantages et les inconvénients des constructions bioclimatiques:
Dans le document
L’énergie solaire dans l’habitat bioclimatique: cas de l’habitat individuel a Jijel
(Page 91-101)