Le confort thermique est au centre de la conception bioclimatique. Elle s'intègre dans une approche globale qui considère l'habitat comme un organisme vivant situé dans son environnement et réagissant avec lui. L'usager est naturellement placé au centre des études, mais il est en contact avec son environnement à travers la troisième peau, la construction qu'il met en place pour se protéger contre les variations climatiques (la deuxième peau étant les vêtements). Au moment de la conception de cette enveloppe, l'homme moderne est confronté à diverses choix:
Chacun de ses choix aura un impact à la fois sur les qualités de son futur habitat mais aussi sur son environnement. Par exemple certains matériaux sont plus gourmands en énergie pendant le processus de leur fabrication que d'autres, la construction en bois, en utilisant des essences exotiques peut menacer les forêts tropicales ou encore, une grande baie vitrée peut apporter beaucoup d'énergie solaire gratuite et créer des réflexions très gênantes pour le voisinage.
La démarche environnementale dans l'habitat cherche à prendre en compte l'ensemble de ces interactions et à trouver pour chaque projet un équilibre. La conception bioclimatique est une composante inhérente à cette démarche. C'est une grille de lecture qui permet à chaque étape de poser des bonnes questions. Elle propose des outils d'analyse et d'évaluation qui guideront le maître d'ouvrage dans ces choix.
Nous présentons ici un aperçu rapide de la démarche. Il s'agit d'une approche complète et intégrée dans la conception et la réalisation de bâtiments qui nécessite le concours de compétences professionnelles hautement qualifiées. Il existe aujourd'hui une bibliographie intéressante sur le sujet. Nous vous conseillons notamment le livre 'La conception bioclimatique' paru dans l'édition Terre Vivante en 2006.
Principes de la conception bioclimatique
La définition des objectifs
La réussite du projet d'une maison bioclimatique dépend d'abord de sa bonne définition et de la connaissance des objectifs. Les différents choix auront des conséquences directes sur le quotidien des usagers. L'approche bioclimatique ne peut se contenter d'un usager passif qui intervient seulement sur les réglages des automatismes. On recherche un rapport vivant entre les hommes et leur habitat. Mais chaque personne est disposée différemment et il convient donc de bien saisir la sensibilité et les attentes des futurs habitants en termes de confort, économie et esthétique.
Espace de vie
Les futurs usagers vont exprimer un projet de vie qui doit se traduire dans la conception architecturale. Seront définies ici les zones, les circulations, les vues. Il appartient à l'architecte de concevoir des espaces correspondants en prenant en compte tous les paramêtres techniques, à savoir
Les ressources (lieux et climat) et les outils de conception
Construire selon les principes bioclimatiques c'est construire avec le climat et non contre lui.
La dimension organique d'une habitation bioclimatique se traduit aussi par la présence d'un rythme thermique naturel. Il s'agit de créer des zones qui permettent des déplacements selon le temps. En été, au millieu de la journée on est plutôt attiré par l'intérieur profond, par l'ombre fraîche. Le soir la vie se déplace vers les zones proches de l'extérieur, la maison s'ouvre pour profiter de la brise rafraîchissante. En hiver, en fin de journée, on se retrouve autour du poêle rayonnant, dans l'intimité autour du feu.
Ce va et vient marque fortement la vie des occupants et représente une différence forte par rapport à l'approche classique qui cherche, à l'aide de mécanismes sophistiqués d'obtenir une température uniforme en tous lieux et qui prive les usagers en même temps d'une dimension importante de la vie, celle du plaisir des sens.
Ce rythme naturel ne doit pas s'opposer aux désirs légitimes des usagers, et notamment le confort thermique. Dans une équation délicate les concepteurs doivent équilibrer les conditions thermiques et climatologiques de l'extérieur (vent, air et rayonnement solaire), le comportement thermique des matériaux, les équipements (chauffage, rafraîchissement), les mouvements d'air à l'intérieur ainsi que les objectifs en termes de confort et de coût.
Un très bon exemple est la course solaire. Au début des études est établi le diagramme solaire, c'est à dire la courbe du soleil reportée sur un plan selon les saisons. En fonction de l'apport en énergie solaire souhaité on calcule les volumes, les angles ainsi que les surfaces vitrées et les éventuelles protections solaires. Ces travaux permettent d'optimiser l'exploitation de la ressource SOLEIL avec beaucoup de précision.
Choix des matériaux et techniques constructives
Les paramêtres qui interviennent à cette étape sont multiples:
Il convient de bien définir les objectifs du projet et de maîtriser ces paramêtres afin de faire les bons choix. Par exemple, la terre crue est un très bon matériaux en terme d'isolation phonique, comportement hygrométrique et facilité de mise en œuvre, mais son coût est relativement élevé à cause de sa faible diffusion en France. Une isolation performante intérieure permet une rapide mise en température en hiver, en été, par contre, elle empêche la régulation de la température de l'air par les murs et crée un risque de surchauffe. Il faut aussi prendre en compte la disponibilité des compétences locales. Il est inutile de prévoir des murs en paille si vous ne trouvez pas d'artisan qui maîtrise ce type de technique.
Les parois performantes
Les parois constituent matériellement cette troisième peau. Si on regarde nos habitudes en ce qui concerne notre deuxième peau, les vêtements, on constate, qu'on est sensible à sa matière, à son esthétique et à son adaptation aux conditions climatiques. Les rapports entre les habitants et leurs murs sont sensiblement identiques. Une chemise en soie peut être très belle et agréable à porter. Pourtant elle n'isole pas suffisamment du froid un jour d'hiver. Nous y ajoutons un pull en laine, un produit isolant très performant mais qui ne doit pas être en contact avec la peau car il risque de gratter terriblement... Aussi avons nous tous des vêtements préférés.
La conception bioclimatique cherche à composer avec les différentes caractéristiques des matériaux disponibles afin d'obtenir une troisième peau efficace, agréable et belle... et supportable pour le budget.
On intègre ici les comportements hygrométriques, thermiques voir olfactifs des matériaux et on doit prendre en compte les éventuelles difficultés au moment de la mise en oeuvre. On peut distinguer les éléments de structure, le remplissage, l'isolation et les finitions. Les surfaces vitrées ainsi que le sol et la toiture font partie de ces parois. Ici on décide de la classe d'inertie thermique (capacité de stocker de la chaleur) et des mesures d'isolation. On calcule le coefficient de transmission thermique surfacique (U) du bâtiment qui permet le classement de ses performances (U= 0,2 W/m2.k pour une maison "basse énergie", U=1,1 W/m2.K est la performance de référence moyenne de RT 2005).
Il est également exigé que les performances des parois soient garanties dans la durée. Les professionnels de la rénovation connaissent tous l'aspect d'une laine minérale au bout de quelques années, qui a perdu non seulement de l'épaisseur mais aussi une grande partie de sa capacité isolante.
L'étanchéité du bâtiment
Un autre problème à prendre en compte est l'étanchéité à l'air de la construction. La négligéance de ce point peut entrainer des pertes d'énergie graves et des dangers pour les matériaux de construction à travers de l'apparitions de points de condensation à l'intérieur des parois. Ce phénomène peut provoquer l'apparition de moisissure fortement nuisible à la santé des occupants.
Pour mesurer l'étanchéité à l'air d'un bâtiment on procède à un test appelé 'Blower-door-test'. Il s'agit de fermer toutes les ouvertures et d'installer un système de soufflage et de mesure dans une porte. En insouffle de l'air dans le bâtiment et le met ainsi en surpression par rapport à l'extérieur. Ensuite on mesure la baisse de cette surpression. En intégrant le volumes du bâtiment on peut ensuite calculer les fuites.
La ventilation
Ce domaine est généralement négligé dans la construction d'une maison individuelle. Les solutions proposées par les professionnels sont coûteuses et se limitent souvent à mettre en place un dispositif simple sans aucune possibilité d'intervention ou de réglage. Pourtant l'étanchéité performante des constructions actuelles nécessite une gestion des flux de l'air et de son renouvellement dans toutes les pièces. L'été le problème a moins d'importance, car on se sert régulièrement des fenêtres, et c'est par ces ouvertures qu'entre l'air chaud qui contribue à l'augmentation de la température intérieure. En hiver, par contre, une telle solution n'est pas envisageable car trop aléatoire et gourmande en énergie de chauffage.
Le système habituellement installé actuellement, est la VMC "de base", sans aucun moyen d'intervenir sur le débit de celle-ci. Elle évacue de l'air chaud, (et l'énergie thermique qui va avec) sans aucune distinction, si la maison est occupée ou vide.
Aujourd'hui le marché propose des systèmes plus complexes, les VMCs double flux, qui récupèrent la chaleur de l'air vicié aspiré dans les pièces humides, transmettent l'énergie thermique à l'air frais aspiré de l'extérieur avant de l'insuffler dans les pièces sèches de la maison. Ce système permet d'éviter les courants d'air désagréables et de réduire sensiblement les frais de chauffage. Bien que cette technique soit très performante, elle manque encore de possibilités de réglage, et notamment lors de la présence humaine dans le bâtiment.
Tous ces appareils sont néanmoins dépendants de l'énergie électrique. Il est dans l'intérêt de la démarche bioclimatique de réduire au maximum ces systèmes mécaniques. Une solution intéressante est le concept de la Ventilation Naturelle Assistée (VNA). Il s'agit d'intégrer la problèmatique de la ventilation dans la conception des espaces afin d'utiliser les couloirs et cages d'escalier comme conduits d'extraction plutôt que des gaines,