Apprivoiser le soleil - FAKRO...FRANCE ACG PLAT GLASS « Vitrage à triple couche d'argent » Avec...

PLANETE BATIMENTDate : HIVER 14/15Pays : France

Périodicité : Bimestriel Journaliste : Stéphane Miget

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FAKRO 3454633400503Tous droits réservés à l'éditeur

Dossier

Apprivoiser le soleil

Par définition, un bâtiment est exposé au soleil. Ce serait donc dommage de se priver de cequ'il peut apporter à la construction : lumière naturelle, chaleur, énergie... Mais il faut aussisavoir s'en protéger. En complément d'une conception bioclimatique, de nombreux produits,systèmes et équipements techniques permettent de l'apprivoiser et d'en tirer profit.Stephane Miget



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Lumière naturelle

Faire pénétrer la lumièrenaturelle dans les bâtiments

impose le recours à desmatériaux qui la transmettent

sans dégrader les performancesde l'enveloppe : vitrages,

polycarbonate, membranesETRE ou encore membranes

composites ajourées...

T Panneaux de briques de verre préfabriqués en usine,mis en œuvre indépendamment du gros œuvre.

BRIQUES DE VERRE, LE RETOUR

Popularisés par l'architecture art déco et lemouvement moderne, briques et pavés de verre

sont à nouveau dans le vent. À l'inverse d'unesurtace vitrée traditionnelle, la brique de verre

apporte une présence tridimensionnelle quipeut être intensifiée en jouant sur l'aspect,

l'épaisseur et la couleur du joint de quadril-lage. Le facteur de transmission lumineuse est

de l'ordre de 50 à 70 % pour les briques tein-tées et de 65 à 85 % pour les briques incolores.Des produits qui affichent, pour les plus per-

formants, un coefficient de transmission ther-mique de 2,8 à 3,2 W/m2K. Performances obte-

nues grâce à la technique de fabrication parsoudure à chaud de deux demi-briques

creuses contenant de l'air raréfié.

Maximum de lumière naturelle pour le Pôle des geoscienœs à Saint Mandéavec des vitrages thermiques (U = 1,1 W/m2 K), acoustiques (Ac = 33 d B RA, fr)et transparents (facteur solaire de 37 %, transmission lumineuse de 68 %)

. Architecture Patrick Mauger

Le premier des materiaux qui vient immédiate-ment a I esprit pour les apports en lumière natu-relle est le verre Et a raison car avec le deve-loppement des verres a couches les vitrages

répondent à I ensemble des contraintes tout en

laissant passer généreusement la lumiere natu-relle Un vitrage de qualité aura une transmissionlumineuse de 81 % S'il est dote de couches deprotection solaire cette transmission chute de75 a 70% ll existe aussi des verres colorés quine laissent pénétrer que 40 à 50% de lumièreou des vitrages electrochromes Ces derniersadaptent la transmission lumineuse et calorifiquea l'ensoleillement et a la température ambianted'un bâtiment tout en laissant l'extérieur visible

Ainsi, I intensité de la teinte de ces vitrages estcontrôlable de façon dynamique, dans une four-

chette de 62 à 2% de transmission lumineusesans rien perdre en transparence

Option polycarbonateAlternative au verre, le polycarbonate est deplus en plus utilisé en raison de sa resistance

aux impacts, de sa légèreté, de sa transparenceou de son opalescence Ce thermoplastique

est proposé sous la forme de plaques alveolaires de plus ou moins forte épaisseur (de 4 a

55 mm) et plus ou moins transparentes (jusqu à82 % de transmission lumineuse) Comme pourle verre, les fabricants ont travaille leur produitisolation thermique, resistance aux UV, trans-parence et contrôle solaire Par exemple lespanneaux de derniere generation comportentsur leur face interieure une couche specialecoextrudee qui atténue les rayons solairesinfrarouges, d'où une limitation de la trans-mission de chaleur tout en laissant pénétrer

un maximum de lumière

Coussins ETFEMateriaux plus contemporains, les membranesd ethylène tetrafluoroethylene (ETFE) sontutilisées en toiture et depuis peu, en façade

dans des applications monocouches ou multi-couches Elles se distinguent par leur légèreté(50 a 100 fois plus légères que le verre, soit



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<- Les fabricants de fenêtres de toits proposentdésormais des produits destinés aux toits platsDouble ou triple vitrage, ces fenêtres apportentun maximum de lumière zénithale

1,5 à 2kg/m2), ce qui limite le dimensionnementdes structures de support et donc génère deseconomies substantielles Autres points fortsla transparence Line feuille ETRE laisse passerenviron 90% de la lumiere naturelle, même dansle spectre des ultraviolets A l'instar du verre,il est possible de jouer sur les coefficients detransmission de la lumiere en imprimant une

« Une feuille ETRE laisse

passer environ 90% de la

lumière naturelle, même dans

le spectre des ultraviolets. »

feuille ou deux avec des motifs spécifiques ouune coloration dans la masse Leur stabilitéaux rayons UV leur confère une bonne tenuedans le temps Sur le plan thermique, ellespeuvent se révéler des isolants de premierordre Ainsi une toiture en coussins gonflablesETRE autorise, selon le nombre de feuilles, desvaleurs d'isolation thermique relativement éle-

vées (2 feuilles U = 2,94W/m2 K, 3 feuillesU = 1,97 W/m2 K, 4 feuilles U = 1,48W/m2 K)

Membranes composites ajouréesCousines des films ETFE, les membranes com-posites ajourées, plus communément appe-lées toiles textiles, sont aussi utilisées pourleur capacité à laisser passer la lumière natu-relle Avec elles, on ne cherche pas la trans-parence, maîs la translucidité A des degrésvariables, elles apportent un éclairage naturelde qualité dans les volumes interieurs, avecune luminosité bien répartie même par faibleluminosité extérieure Elles conservent néan-moins une opacité totale vis-à-vis de l'extérieurCes toiles sont constituées d'un support résis-tant tissé - polyester, fibres de verre ou fibresde kevlar - et d'une enduction imperméable- PVC, téflon ou encore sihcone Le compositepolyester/PVC est de très loin le plus utilisé enFrance En revanche, si elles sont utilisées enprotection solaire, elles ne sont pas adaptéespour la thermique

U, A

NELLY PHILIPPONAT, MARKETINGAND COMMUNICATION MANAGERFRANCE ACG PLAT GLASS

« Vitrage à triple couche d'argent »

Avec la thermique, la maîtrise du rayon-nement solaire est aujourd'hui au centre detoutes les attentions. Il faut trouver le bonfacteur solaire en fonction du bâtiment, de

l'activité qui s'y déroule et, de ce côté,

il y a déjà eu beaucoup de progrès. Les ver-riers mettent des outils à disposition des

maîtres d'ouvrage et prescripteurs, et il nefaut pas se priver de les utiliser. Il existeune large gamme de produits verriers à

contrôle solaire. Comme pour tout produitdu bâtiment, cela demande une réflexion

en amont pour installer le bon vitrage au

bon endroit et trouver le bon compromis.

En ce qui concerne le contrôle solaire, les

dernières avancées portent notamment

sur des vitrages à triple couche d'argent

déposée sous vide pour des applications enfaçade. Ces produits améliorent encore les

performances en combinant une transmis-sion lumineuse de l'ordre de 60 %, un f ac-

teur solaire proche de 30% et un très bon

niveau d'isolation thermique.



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Solaire passif :gérer les contradictions

Selon le type de bâtiment -tertiaire, logements individuels,collectifs ou ERP - et les saisons,

il sera nécessaire de laisser entrerle soleil ou, au contraire, d'empêcher

la pénétration du rayonnementsolaire dans les locaux.

CHRISTIAN CARDONNEL, CARDONNEL INGÉNIERIE

« ll manque encore des outilsde simulation simplifiés. »

Avec le renforcement de laréglementation thermique(RT 2012) et les nouveauxmodes constructifs qui en

découlent, il va falloir jouer for-tement sur les apports solaires.

Slb sont bien gérés, ces derniers assureront plus de 50%du chauffage et}O à40% de leclairage dans le bâtiment.Ce qui implique de moduler le contrôle solaire en fonction

des saisons : capter le maximum d'énerqie et de lumièretraversant les baies en hiver, rejeter ou empêcher la cha-leur de pénétrer en été tout en gardant de la lumière. Levrai problème du contrôle solaire, c'est de trouver le bonéquilibre etde contrôler le niveau denergie et de lumièreen f onction des saisons et du niveau de confort souhaité

par les usagers. Idéalement, cela peut être obtenu par desstores (plutôt extérieurs) ou des brise-soleil gérés par un

automate. Aujourd'hui, il manque encore des outils desimulation simplifiée ou plus précis pour un calcul com-plet, zone par zone. Il est possible également déjouer sur

les propriétés des vitrages, mais ces derniers ont des carac-téristiques permanentes. Il est donc nécessaire, en plus desvitrages, de prévoir des protections solaires. Les industriels

travaillent sur des vitrages polyvalents en fonction dubesoin, mais ceux-ci ne sont pas encore au point

Arbitrage et compromis, ce sont les deuxmots qui reviennent le plus souvent lorsqu'ons'intéresse au solaire passif et au contrôlesolaire Indissociable du confort thermiqueet de la qualité d'usage d'un bâtiment, cettenotion n'est pas nouvelle En revanche, on ensaisit toute la portée dans l'acte de construirelorsque l'on recherche l'efficacité énergé-tique Lors de la conception proprement dite,l'architecte a un rôle prépondérant à jouerdans ce domaine et jamais le mot«biochma-tique» n'aura eu autant de sens L'objectif .contrôler l'ensoleillement en favorisant lesapports solaires lorsqu'ils sont nécessaireset en les empêchant lorsqu'il y a risque de

surchauffe En gros, la forme architecturalese définit en fonction de la course du soleil etdes saisons en créant, ou pas, des masquesarchitecturaux Ici, les outils informatiques,particulièrement ceux de simulation, sontd une grande utilité

OccultationCette recherche du contrôle solaire com-mence à se voir sur les bâtiments de der-nière génération Casquettes en couverture,jeux avec les terrasses et balcons qui créentdes espaces tampons ou encore brise-soleil fixes ou mobiles signent l'esthétiquedes bâtiments de ce début de siècle



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De cette architecture dépendront les actionsà mettre en place pour le contrôle solaire,lequel assurera le confort des utilisateurstout en autorisant les entrées d'apports gra-tuits (thermique et lumière naturelle) Du côtédes solutions techniques, le choix est vasteoutre les materiaux transparents et translu-cides (voir pages précédentes), sont a dispo-sition stores, volets roulants, brise-soleilLoffre est pléthorique, et il n'y a pas concur-rence maîs complémentarité entre les diffé-rentes solutions Ces systèmes d'occultationoffrent aussi une grande variété d'optionsesthétiques pour répondre aux souhaits depersonnalisation des maîtres d'ouvrage etmaîtres d'œuvre Se pose alors la questionde leur intégration Car si l'amélioration duconfort d'été impose l'utilisation d'une pro-tection solaire efficace et pérenne, il n'estpas question que cette dernière dénature lafaçade C'est pourquoi la mise en place debrise-soleil est aujourd'hui réfléchie très enamont du projet - en résultent des façadesqui sont elles-mêmes des brise-soleil

AutomatismeUne autre tendance du moment, l'associa-tion de ces éléments mobiles à des auto-matismes, tels des systemes de gestion desniveaux d'éclairement C'est là qu'entrenten scène les bâtiments, avec les automa-tismes et la gestion technique du bâtiment(GTB/GTC) De plus en plus performants etsophistiqués, ceux-ci assurent une meilleuregestion des installations Par exemple, descommandes infrarouges associées à dessystemes d'automatisme vent/soleil, dontles capteurs analysent en temps reel lesconditions climatiques, la vitesse du ventet les besoins en lumière D'autres solu-tions, plutôt réservées au secteur tertiaire,consistent en l'intégration de stores véni-tiens à lamelles orientées par commandesmagnétiques dans des doubles vitragesAvec un capteur de lumière et de tempéra-ture, on obtient un système automatique derégulation thermique Certains systèmes,beaucoup plus simples et plutôt destinésà l'habitat, associent les volets roulants oubattants à un système de gestion domotiqueDans tous les cas, l'objectif est de choisir aumieux les performances de la paroi vitrée etle mode de gestion des protections mobilespour optimiser les consommations chauf-fage, climatisation et éclairage

T Dans l'habitat individuel la gestion des apports solaires peut passer par le biais de vérandas équipées de storesasservis à une motorisation pour gérer les apports passifs

Impact des apports solaires et lumineux (points en BBICO

ChauffageÊclairage

eaOPrcjec Supports scbins SreapporBsobreeCklftiaK

IMPACT DE L'ÉNERGIE SOLAIRE SUR LE BBIO

Avec la réglementation thermique 2012, les apports internes et solaires (chaleur etlumière) sont intégrés dans le Bbio. À la lecture du graphique, on peut remarquerque, sans l'apport de chaleur du soleil, le besoin de chauffage passe du simple audouble. Sans apport solaire (chaleur et lumière), le Bbio double et le besoin d'éclai-rage augmente. L'éclairage artificiel qui apporte de la chaleur diminue le besoin dechauffage. Conclusion : l'énergie solaire sous toutes ses formes (chaleur et lumière)est indispensable pour atteindre un bon bilan bioclimatique.



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FICHE TECHNIQUE

Institut national de l'énergie solaire(Inès) ; bâtiment Helios EurosunMaître d'ouvrage : CEA InèsMaîtrise d'œuvre : Atelier MichelRemon architecte - Agence d'archi-tecture Frédéric Nicolas - TechnipTPS ingénierie économiste - Tecsolexpertise solaire - Betrec et Sole-ner Expertise HQE- Denis SavoieCadran solaireConsommations annuelles inférieuresà 27kWh/m2/an; l'énergie solairecouvre au moins 40% des besoinsLocaux d'enseignement : 549 m2 ; labo-ratoires : 1415 m2 ; bureaux : 1479 m2

Helios, bâtiment lumineuxBaptise Helios, le bâtiment de l'Institut natio-

nal de l'énergie solaire (Inès) à Chambéry (73)ne renie pas son nom Ici, le soleil est omni-présent dans la conception architecturale,dans celle de l'enveloppe et des équipementstechniques Avec en ligne de mire les troispoints conceptuels mis en avant dès la phase

concours zero emission de CO2 avec l'utili-sation des énergies renouvelables, soleil etbois, zero emission fossile et zero utilisationde liquides fngorigenes, le rafraîchissementétant réalise par ventilation naturelle *

Sophie Bouillard

Quatre façades solairesQuatre orientations, quatre traitements• façade nord, aveugle, dotée d'un grand cadran solaire à réflexion,derrière lequel sont logés les locaux techniques (espace tampon),• façade est, avec système d'étagères à lumière, complète pardes brise-soleil orientables qui assurent le contrôle solaire,• façade sud, avec une grande casquette, un debord de toiturequi ombre les fenêtres En appui des brise-soleil orientables pourla mi-saison,• façade ouest, dotée de brise-soleil verticaux orientables, auto-matisés et reliés a une OTB Ils autorisent le contrôle solaire avecune sérigraphie progressive qui laisse passer le regard, maîsempêche la pénétration du soleil



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Baies vitréesLa conception des baies vitrées et de leur protection solaire est baséesur une optimisation multicntères associant l'éclairage naturel et leconfort thermique et différenciée par orientation Des protectionssolaires, dont le facteur solaire global est systématiquement inférieurà 15%, limitent le recours à des dispositifs de rafraîchissement ou declimatisation actifs

Éclairage naturelLe recours à l'éclairage naturel permet d'atteindre des niveaux defacteur de lumiere de jour dans les bureaux et les laboratoires com-pris entre 2,48 et 3,6% en milieu de piece et de 2,1 à 4,1 % a 2,5m dela façade Lensemble des pièces a un facteur de lumiere du jour rela-tivement uniforme, d'où une autonomie lumineuse moyenne, homo-gène, sur lensemble des locaux, de 70% pour SOOlux dans des condi-tions de ciel couvert.

Solaire thermiqueLa production de chaleur est assurée par un ensemble de 280m2 decapteurs solaires plans intégres à l'aile de toiture, couvrant au moins40% des besoins de chaleur, et une chaudière à granulés en relèveLes systèmes de distribution hydraulique et d'émission de chaleur(radiateurs) sont conçus en débit variable et a basse température(depart maximum de45°C) Ce principe permet de réduire les pertesde distribution tout optimisant les apports d'origine solaire

AtriumLa création d'un atrium central, poumon du bâtiment, au climat tempéréet contrôle, optimise l'éclairage naturel et permet d'obtenir une bonneautonomie lumineuse, de réduire les déperditions (apports solaires,zones tampons) et de favoriser la ventilation naturelle des locaux



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Capter l'énergie

Capter l'énergie avec unefaçade ou une toiture, riende nouveau sous le soleil.

Néanmoins, les systèmes sontde plus en plus sophistiqués sur

le plan technique de facon àoptimiser les apports gratuits

MUR CHAUFFANT

En Suisse, lentreprise Charpente Concept adéveloppé une façade solaire originale. Com

posée d'un vitrage, d'un élément absorbanten bois et d'un mur isolant, cette dernière

collecte l'énergie solaire et la stocke dans lesmurs. En hiver, l'enveloppe fonctionne selon

le principe de la serre. Les rayons du soleilpassent à travers le verre et pénètrent dans lastructure lamellaire. La chaleur est absorbée

par le bois, puis le mur se réchauffe lentement (en quatre à douze heures). La chaleur

est restituée la nuit via les parois. En été,la majeure partie des rayons est

réfléchie par le verre solaire.L'énergie restante par-vient jusqu'aux chants

des lamelles et réchauffel'air contenu entre le

verre et l'absorbeur. L'airréchauffé est transporté

par convection thermiquevers l'extérieur.

t Façade solaire Lucido de Charpente Concept

e Saint Ouou Design Studio

de récréation en terrasse"uvertes par des pergolas semi

arentes ohotovolta

Le captage de I energie solaire est réalise detrois façons différentes solaire passif (chauf(age des locaux par fes apports solaires viales vitrages - voir article précèdent) solairephotovoltaique (production d electricite) ousolaire thermique Le solaire thermique estbien sûr a I honneur et la aussi les innova-tions sont legion Par exemple des capteurssous vide orientables Manuels ou asservis ades automatismes ils sont orientes de façon aeviter les surchauffes en ete et inversementa capter le maximum de chaleur en hiver

Préchauffer l'airDu côte de la ressource photovoltaique onne compte plus les procedes (voir page 64)Linnovation passe notamment par des modulesde verre feuilleté BIPV avec cellules photovoltaïques disposées entre deux feuilles deverre trempe HST ou autres Intègres auxfaçades aux toitures ou utilises en brise soleilils combinent efficacité thermique et produclion d energie dans les bâtiments Ils sont aussi

utilises pour des compositions esthétiquesCertains systemes vont beaucoup plus loin etcombinent aeraulique et photovoltaique Ils sontcomposes en plus des panneaux dun absor-beur qui capte et canalise I air chauffe sous lespanneaux en vue dun transfert vers un reseauaeraulique Couples a une VMC double fluxou a une GTA ils permettent de préchaufferI air exterieur entrant En plus, le fait de capterI air chaud sous les panneaux photovoltaïquesa un impact positif sur le rendement de cesderniers en abaissant la température en sous-face jusqua 10%Sur le même principe le rechauffement de I airentre deux peaux i Exemple avec des façadescomposées dun vitrage simple interieur et d unvitrage isolant exterieur Une ventilation importarte (30m3/h) assure une aspiration de lairambiant au travers du mur-rideau Cet air estréutilise pour chauffer climatiser d autres locauxou pour produire de leau chaude sanitaireII s agit aussi d abaisser le facteur solaire de lafaçade tout en récupérant I energie produite



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Vitrage photovoltaique intégréSuNEwAT XL / AGC

Modules verriers avec cellules photovol-taïques encapsulées dans un verre feuil-leté de sécurité. Intégrés aux serres, ver-rières, façades (...), ils combinent efficacitéthermique et production d'électricité. Ilssont aussi utilisés pour des compositionsesthétiques ou comme moyens de contrô-ler les apports solaires. Tous les types deverre peuvent être employés pour la par-tie arrière des modules : verre imprimé,verre coloré, etc.

Polycarbonate double peauDANPATHERM Ky / EVERLITE CONCEPT

Système constructif (cassette) de façadeisolante, translucide et coloré. En polycar-bonate, sa double peau favorise la trans-mission lumineuse. Chaque panneau,traité avec un revêtement spécifique quiassure l'homogénéité de la lumière sanseffet spéculaire, apporte jusqu'à 35% detransmission lumineuse. Selon la naturedu remplissage choisi, la valeur d'isola-tion thermique peut atteindre un U deo,75ài,i8W/m2.K.

Transmission lumineuse optimaleSGG PLANITHERM XN /SAINT-GOBAIN GLASS

Verre à couches pour vitrage à isolation ther-mique renforcée et transmission lumineusejusqu'à 82%.Utilisé pour lesdoubles ou triplesvitrages, il s'avère idéal en résidentiel sur desprojets comprenant d'importantes surfacesvitrées. La transmission lumineuse élevée etles performances thermiques accrues du verreaugmentent les apports en lumière naturelleet solaire, tout en réduisant la consommationd'énergie et les frais de chauffage.

Solaire thermique haut rendementSOLTERRE TH2 / TERREAL

Cette solution de panneaux solaires ther-miques sous AT (n° Terreal 14/13-186)conjugue rendements thermiques - cap-teurs avec rendement optique de 83,3%- et étanchéité totale. Leur système deconnexion hydraulique en sous-face permetun branchement lors de l'installation surle toit. La mise en oeuvre est possible surdes toitures à très faible pente (jusqu'à ii0),dans des zones sismiques ou fortementexposées au vent.

Sur-mesure standardVERRIERES MODULAIRES / VELUX

Conçue avec le cabinet d'architecture Foster+ Partners, déclinable en de nombreusesversions, cette verrière modulaire s'intègreà tous les types de conceptions pour appor-ter un maximum de lumière naturelle zéni-thale. En matériaux composites résistants(fibres de verre pultrudé et polyuréthane)et à haute performance thermique, elle estdotée de vitrages spécifiques antichaleur etde stores-rideaux. En été, la températureest contrôlée par une ventilation naturelle.

Translucide et acoustiqueBATYLINE AW TRANSLUCIDE /SERGE FERRARI

Ultrafine et souple, cette membrane compo-site naturellement acoustique (sans absorbantadditionnel) permet de conserver les apportsde lumière naturelle, tout en assurant uneprotection solaire intérieure efficace : trans-mission visible de la lumière de 41 %. Esthé-tique, légère et résistante, elle autorise degrandes portées libres (résistance de plus de4t/m). Classée Euroclasse Bs2do et conformeà la réglementation incendie dans les ERP.

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