Architecture bioclimatique - Définition et Explications

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Introduction

Schéma de l'architecture bioclimatique

L'architecture bioclimatique est une discipline de l'architecture qui valorise l'environnement géographique et climatique d'un bâtiment, dans le respect des modes et rythmes de vie ainsi que de la santé des usagers du bâtiment.

L'architecture bioclimatique (L'architecture bioclimatique est une discipline de l'architecture qui valorise l'environnement...) concerne tous les types de bâtiments, habitat, tertiaire et industriel. Elle a pour objectif de réduire au minimum les besoins énergétiques du cycle de vie (La vie est le nom donné :) d'un bâtiment (construction, exploitation, rénovation, déconstruction) sans créer de pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée...) sur les ressources environnementales, afin de maintenir des températures constantes et agréables, tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) en contrôlant l'hygrométrie, la qualité de l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et...) et la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...) intérieures.

La conception bioclimatique (Un habitat bioclimatique est un bâtiment dans lequel le chauffage et la climatisation sont...) d'un bâtiment est parfois appelée plus simplement bioclimatisme.

Architecture bioclimatique

L'une des nombreuses formes de maisons bioclimatiques et écologique de l'écoquartier (Un Éco-quartier est un quartier urbain, conçu de façon à minimiser son impact sur...) néerlandais EVA-Lanxmeer

Une construction bioclimatique est un bâtiment dans lequel le confort est assuré en tirant le meilleur parti du rayonnement solaire (En plus des rayons cosmiques (particules animées d'une vitesse et d'une énergie extrêmement...), de l'inertie (L'inertie d'un corps découle de la nécessité d'exercer une force sur celui-ci pour modifier sa...) thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de...) des matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en...) et du sol et de la circulation (La circulation routière (anglicisme: trafic routier) est le déplacement de véhicules automobiles...) naturelle de l'air. Cela passe par une meilleure mise en adéquation de la construction avec le comportement de ses occupants, avec son environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et...) et son climat (Le climat correspond à la distribution statistique des conditions atmosphériques dans une...), pour réduire au maximum les besoins de chauffage (Le chauffage est l'action de transmettre de l'énergie thermique à un objet, un...), de rafraichissement et de traitement de la qualité de l'air.

Une construction bioclimatique peut assurer les besoins de confort thermique et hygrométrique uniquement grâce au soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile...). Ce résultat est obtenu par un choix rigoureux dès la conception, prenant en compte l'orientation (Au sens littéral, l'orientation désigne ou matérialise la direction de l'Orient (lever du soleil...) et les ouvertures au soleil, mais aussi la qualité des matériaux et des formes architecturales, et les méthodes de renouvellement de l'air intérieur.

Définition (Une définition est un discours qui dit ce qu'est une chose ou ce que signifie un nom. D'où la...) du bioclimatisme

  • L’architecture peut se définir comme l’art de bâtir des édifices.
  • Le climatisme d'un site de construction décrit ses conditions environnementales, et peut s'élargir, au delà du climat local, à la géographie (La géographie (du grec ancien γεωγραφία...) du lieu (formes naturelles, urbanisme (L’urbanisme est à la fois un champ disciplinaire et un champ professionnel recouvrant...) environnant, ...)
  • Le préfixe bio- réfère à la biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant....) humaine.

Le bioclimatisme peut ainsi se comprendre comme étant l'architecture mettant en harmonie la biologie humaine avec son environnement. Une construction bioclimatique a pour objectif d'assurer le confort humain dans le respect de son environnement.

Le confort humain met en œuvre les cinq sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but...). Il se détermine principalement par la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...) ambiante, la vitesse (On distingue :) de l'air, l'hygrométrie et la qualité sanitaire de l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :), la qualité de la lumière environnante, mais comprend aussi le confort visuel et olfactif, ainsi que le confort au toucher (Le toucher, aussi appelé tact ou taction, est l'un des cinq sens de l'homme ou de l'animal,...) des parois de la construction.

Le respect de son environnement impose à l'être humain de réduire la pression qu'il y exerce, et donc de limiter au strict minimum sa consommation en ressources, à commencer par l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...). L'architecture bioclimatique, plutôt que de considérer l'environnement comme étant hostile au confort de l'être humain, le considère comme la source fragile de son confort, à préserver pour les générations futures. La seule ressource illimitée à disposition de cette architecture est l'énergie solaire (L'énergie solaire est l'énergie que dispense le soleil par son rayonnement, directement ou de...), qu'il s'agit en conséquence d'apprivoiser.

Méthode d'architecture bioclimatique

L'architecture bioclimatique s'appuie sur trois axes :

  • capter et/ou se protéger de, selon les besoins, l'énergie, solaire ou apportée par les activités intérieures au bâtiment
  • la diffuser,
  • la conserver et/ou l'évacuer en fonction des objectifs de confort recherchés

Trouver un équilibre entre ces trois exigences, sans en négliger aucune, c'est suivre une démarche bioclimatique cohérente. En particulier dans les régions chaudes (de type méditerranéen par exemple), capter et conserver en hiver (L'hiver est une des quatre saisons des zones tempérées.) semble contradictoire avec se protéger et évacuer en été. Résoudre cette contradiction (Une contradiction existe lorsque deux affirmations, idées, ou actions s'excluent mutuellement.) apparente est la base d'une conception bioclimatique bien comprise.

Capter/se protéger de la chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent :...)

Les grandes surfaces vitrées sont souvent utiles en zone tempérée (EVA-Lanxmeer, Pays-Bas)
La végétalisation est une technique efficace de limitation des apports solaires en été et de réduction des déperditions thermiques en hiver

La Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...) est inclinée sur son axe par rapport au plan de l'écliptique (L'écliptique est le grand cercle sur la sphère céleste représentant la trajectoire annuelle du...) d'un angle (En géométrie, la notion générale d'angle se décline en plusieurs concepts...) de 23°27', la hauteur (La hauteur a plusieurs significations suivant le domaine abordé.) du soleil sur l'horizon (Conceptuellement, l’horizon est la limite de ce que l'on peut observer, du fait de sa propre...) et le trajet qu'il parcourt dans le ciel (Le ciel est l'atmosphère de la Terre telle qu'elle est vue depuis le sol de la planète.) varient au cours des saisons.

Dans l'hémisphère nord (Le nord est un point cardinal, opposé au sud.), à la latitude (La latitude est une valeur angulaire, expression du positionnement nord-sud d'un point sur Terre...) de l'Europe (L’Europe est une région terrestre qui peut être considérée comme un...) (environ 45° en moyenne), en hiver, le soleil se lève au sud-est (Le sud-est est la direction à mi-chemin entre les points cardinaux sud et est. Le sud-est est...) et se couche au sud-ouest (Le sud-ouest est la direction à mi-chemin entre les points cardinaux sud et ouest. Le...), en restant très bas sur l'horizon (22° au solstice (Le solstice est un événement astronomique qui se produit lorsque la position apparente du...) d'hiver). Seule la façade sud (Le sud est un point cardinal, opposé au nord.) d'une construction reçoit correctement la lumière solaire. Pour capter cette énergie solaire, il convient donc de placer les ouvertures vitrées principales au sud. Le verre (Le verre, dans le langage courant, désigne un matériau ou un alliage dur, fragile...) laisse passer (Le genre Passer a été créé par le zoologiste français Mathurin Jacques...) la lumière mais absorbe les infrarouges réémis par les parois intérieures recevant cette lumière, ce qu'on appelle l'effet de serre (L'effet de serre est un processus naturel qui, pour une absorption donnée d'énergie...). La lumière du soleil est convertie en chaleur par les surfaces opaques de la construction (les murs, les plafonds et les sols). C'est sur ce principe qu'est conçu un bâtiment "solaire passif" : solaire car la source d'énergie est le soleil, passif car le système fonctionne seul, sans système mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes...).

Toujours dans l'hémisphère nord, en été, le soleil se lève au nord-est (Le nord-est est la direction à mi-chemin entre les points cardinaux nord et est. Le nord-est...), se couche au nord-ouest (Le nord-ouest est la direction entre les points cardinaux nord et ouest. Le nord-ouest est...) et est haut sur l'horizon à midi (78° au solstice d'été). Les façades d'une construction irradiées par le soleil sont principalement les murs est et ouest (L’ouest est un point cardinal, opposé à l'est. C'est la direction vers laquelle se...), ainsi que la toiture. L'angle d'incidence de ses rayons sur les surfaces vitrées orientées vers le sud est élevé. Il convient de protéger ces surfaces vitrées par des protections solaires, dimensionnées de manière à bloquer le rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de...) solaire direct en été tout en y laissant le maximum d'ensoleillement disponible en hiver. Sur les ouvertures des façades est et ouest, les protections solaires horizontales sont d'une efficacité limitée, car les rayons solaires ont une incidence moins élevée; les protections solaires opaques (volets), et encore plus la végétation (La végétation est l'ensemble des plantes (la flore) sauvages ou cultivées qui...) caduque, sont efficaces sur ces façades. La végétation persistance ( Persistance (statistiques) Persistance (informatique) en peinture : La...) est également efficace pour protéger des vents froids, sous réserve de ne pas occulter le soleil hivernal. Il existe également des techniques de brise-soleil adaptables à ces orientations.

Dans l'hémisphère nord, à la latitude européenne, une construction bioclimatique se caractérise par :

  1. des ouvertures de grande dimension (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une...) au sud, parfaitement protégées du soleil estival
  2. très peu d'ouvertures au nord
  3. peu d'ouvertures à l'est sauf pour les pièces d'usage (L’usage est l'action de se servir de quelque chose.) matinal, comme les cuisines : soleil du matin
  4. peu d'ouvertures à l'ouest, surtout pour les chambres, à protéger du soleil couchant en été

Dans une démarche bioclimatique, ces généralités doivent naturellement être adaptées en fonction du milieu (climat, environnement, ...) et des rythmes de vie des utilisateurs du bâtiment.

Transformer/diffuser la chaleur

Une fois la lumière solaire captée, un bâtiment bioclimatique doit savoir la transformer en chaleur et la diffuser là où elle sera utile.

La transformation de la lumière en chaleur se fait au travers d'un certain nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) de principes, afin de ne pas détériorer le confort intérieur :

  • Maintenir un équilibre thermique adapté
  • Ne pas dégrader la qualité lumineuse
  • permettre la diffusion (Dans le langage courant, le terme diffusion fait référence à une notion de...) thermique par le système de ventilation et la conductivité thermique (La conductivité thermique est une grandeur physique caractérisant le comportement des...) des parois

Dans une construction, la chaleur a tendance à s'accumuler vers le haut des locaux par convection (La convection est un mode de transfert d'énergie qui implique un déplacement de...) et stratification thermique. La conversion en chaleur de la lumière doit se faire prioritairement au niveau du sol. Par ailleurs l'absorption ( En optique, l'absorption se réfère au processus par lequel l'énergie d'un photon est prise...) de lumière par une paroi la rend sombre et limite sa capacité à diffuser cette lumière. Cette absorption ne doit pas empêcher la diffusion de lumière vers les zones les moins éclairées, et ne doit pas générer de contrastes ou d'éblouissement. Il importe en conséquence de favoriser les plafonds très clairs afin de diffuser la lumière dans les locaux sans éblouissement, assombrir les sols pour favoriser la capture (Une capture, dans le domaine de l'astronautique, est un processus par lequel un objet céleste, qui...) d'énergie à ce niveau, et utiliser des teintes variables sur les murs selon la priorité à donner à la diffusion de lumière ou à la capture d'énergie solaire, et selon le besoin (Les besoins se situent au niveau de l'interaction entre l'individu et l'environnement. Il est...) de chaleur ou de fraicheur du local concerné.

Les teintes les plus aptes à convertir la lumière en chaleur et l'absorber sont sombres (idéalement noires) et plutôt bleues, celles les plus aptes à réfléchir la lumière et la chaleur sont claires (idéalement blanches) et plutôt rouges. On peut ainsi par un simple jeu de couleurs diriger la lumière puis la chaleur vers les zones qui le nécessitent. Les matériaux mats, de surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) granuleuse (les matériaux naturels en particulier), sont également plus aptes à capter la lumière et la convertir en chaleur que les surfaces lisses et brillantes (effet miroir (Un miroir est un objet possédant une surface suffisamment polie pour qu'une image s'y forme...), aspect métallique ou laqué, ...).

Une bonne diffusion de la chaleur (ou de la fraicheur) peut également être obtenue par des méthodes de ventilation adaptées.

Sous nos climats tempérés, une construction bioclimatique conçue de manière optimale d'un point (Graphie) de vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et...) thermique ne nécessite pas ou très peu de système de chauffage ni de système de climatisation (La climatisation est la technique qui consiste à modifier, contrôler et réguler les...), pour maintenir une température intérieure comprise entre 20°C en hiver et 25°C en été, de jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la...) comme de nuit.

Conserver la chaleur/la fraicheur

En hiver, une fois captée et transformée, l'énergie solaire doit être conservée à l'intérieur de la construction afin de pouvoir être valorisée au moment opportun. En été , c'est la fraicheur nocturne (facilement captée par une bonne ventilation) qui doit être stockée durablement afin de limiter les surchauffes diurnes.

La méthode la plus simple consiste à stocker cette énergie dans les matériaux lourds de la construction, sous réserve qu'ils soient accessibles, et donc qu'ils ne soient pas recouvert d'un isolant (Un isolant est un matériau qui permet d'empêcher les échanges d'énergie entre deux systèmes....), d'où l'importance de l'isolation par l'extérieur, ou éventuellement de l'isolation répartie.

Le stockage de l'énergie dans les matériaux et le délai (Un délai est d'après le Wiktionnaire, « un temps accordé pour faire une...) de restitution fait appel à leur chaleur massique (La chaleur massique (symbole c ou s), qu'il convient d'appeler capacité thermique massique[1] est...), à leur volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension...) global, mais aussi à d'autres caractéristiques physiques permettant de déterminer leurs performances énergétiques. Certaines techniques permettent de valoriser de façon dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il...) le délai de restitution.

Valoriser l'environnement

L'environnement (colline, forêt (Une forêt ou un massif forestier est une étendue boisée, relativement dense,...),...) ainsi que la végétation plantée autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne...) de la construction ont aussi un rôle de protection à jouer : Comme brise-vent, on optera pour des résineux au nord et des feuillus au sud; ces derniers protègent du rayonnement solaire en été mais laissent passer la lumière en hiver. Un point d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les...) situé devant le bâtiment, au sud, apportera également un rafraîchissement d'un ou deux degrés en période estivale.

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