LES ENERGIES SOLAIRES DANS L’HABITAT BIOCLIMATIQUE

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE

MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEURET DE LA RECHERCHESCIENTIFIQUE

U N I V E R S I T E L’ARBI BEN M’HIDI. OUM EL BOUAGHI FACULTE DESSCIENCES DE LA TERRE, DE LA GEOGRAPHIE ET DE

L’AMENAGEMENT DU TERRITOIRE

DEPARTEMENT D’ARCHITECTURE ET D’URBANISME

MEMOIRE DE MASTER

OPTION : ARCHITECTURE ET DURABULITE ARCHITECTURALE

LES ENERGIES SOLAIRES DANS L’HABITATBIOCLIMATIQUE

Présenté par sous la direction du

- KHEDDOUMA MANAR Pr. Adad Med Chérif

- KELIL NADHIRA

Année Universitaire 2015/2016

LES ENERGIES SOLAIRES DANSL’HABITAT BIOCLIMATIQUE

RemerciementsLouange à Dieu le tout puissant qui m'a donné la

foi, laSanté et le courage pour pouvoir réaliser cette

mémoire.

Je tiens à exprimer dune manière très particulièremes sincères remerciements a mon encadreur MAdad Med Chérif pour son apport considérable,ses précieuses orientations méthodologiques et

ses encouragements.

Comme je tiens également a formuler mesremerciements en signe de gratitude et de

reconnaissance a au membres du jury qui ont prisla peine de lire et relire ce travail , de le corriger ,

et de nous honorer de leur présence et enfind’évaluer cette recherche .

À vous tous veuillez agréer mes remerciementsles plus distingués

Merci.

TABLE DES MATIERES

I

Table des matières

- Remercîments

- Dédicace

- Tables des matières…………………………………………………I

- Listes des figures……………………………………………..…… I

CHAPITRE INTRODUCTIF

- Introduction……………………………………………………...…...1

- Problématique………………………………………………………..2

- Hypothèses…………………………………………………………...3

- Méthodologie………………………………………………………...4

- Structure du mémoire ………………………………………………..6

CHAPITRE 01 : l’habitat bioclimatique

Introduction ………………………………………………….……..…9

2. Qu’est-ce qu’une maison bioclimatique ………………………………....9

3. Histoire de l’architecture bioclimatique ……………………….….12

4 .Les principes de l’architecture bioclimatique ………………….....19

5. Définition de l’habitat bioclimatique selon plusieurs source..….....21

6. Les objectifs de la conception bioclimatique.……………………..22

7. Les principes de la conception d’habitat bioclimatique..…….........22

7.1. La localisation …………………………………………….…...22

7.2. L’orientation des espaces et la lumière…………………….…..23

7.3 La forme d’habitat bioclimatique………………………….…...26

7.4. Isolation chauffage et inertie thermique ………………….….28

7.5. Les matériaux ………………………………………………....32

TABLE DES MATIERES

II

7.6. Les protections solaires ……………………………………….33

8-la Gestion d'un projet d'habitat climatique….……….…………....35

9. Le confort dans l’habitat bioclimatique ………………………….36

9.1. La Ventilation …………………………………………………..36

Conclusion ………………………………………………………….37

CHAPITRE 02 : L'énergie solaire dans l'habitat bioclimatique

Introduction ……………………………………………………..…..41

I. Le système solaire passif ……………………………………….…41

2. Description des principes du chauffage solaire passif…………… 42

3. Les systèmes de captage solaire passif…………………………....43

3.1. Les systèmes à gain direct…………………………………….43

3.2. Les systèmes à gain indirect………………………………......44

4. Éclairage naturel solaire passif………………………………........45

5. Chauffage solaire passif…………………………………………..46

II. Le système solaire actif ……………………………………….....46

1. L’utilisation d’énergie solaire active …………………………….46

1.1. Les panneaux solaires thermiques …………………………...46

1.2. Les panneaux solaires photovoltaïques ……………………...49

2. La captation des rayonnements…………………………………..51

3. Les principes d’implantation……………………………………..51

3.1. Les masque …………………………………………………...51

3.2. Les autres contraintes techniques d’implantation………….....52

3.3. Les capteurs en toiture inclinée…………………………….…54

3.4. Les capteurs dans les façades ………………………………...57

3.5. Les capteurs en toiture terrasse……………………………….59

3.6. Les capteurs sur paroi verticale ……………………………....60

3.7. Les capteurs hors bâtiments………………………………………....62

TABLE DES MATIERES

III

Conclusion…………………………………………………………………….63

CHAPITRE 03: Serre solaire et mur trombe

Introduction……………………………………………………………..........67

1. Définition de captage solaire……………………………………………...67

2. Les types de captage solaire…………………………………………..…..67

I. Les serres…………………………………………………………………..68

1. Définition de serres………………………………………………………..68

2. Principe de fonctionnement…………………………………………….....69

3. conception de la serre comme un espace habitable…………………….....71

4. typologie et dimensionnement des serres

Orientation………………………………………………………………….73

L’intégration de la serre au bâti………………………………………….....73

Les dimensionnements des serres…………………………………………..74

5. Les formes des serres…………………………………………………….75

Serre baie vitrée…………………………………………………………….75

Serre accolée………………………………………………………………..75

Serre intégrée au bâtiment………………………………………………….75

Serre enveloppe…………………………………………………………….75

6. serre et ventilation………………………………………………………...76

II. Mur trombe…………………………………………………………...…..78

1. Définition de mur trombe……………………………………………..….78

2. Principe de fonctionnement…………………………………………..…..80

3. Les matériaux et les épaisseurs des murs………………………………...82

Conclusion…………………………………………………………………...83

TABLE DES MATIERES

IV

CHAPITRE 04 : CAS D’ETUDE

Exemple 01 :140 logement (sociaux participatif)……...…………..…..………86

1. Situation du projet par rapport au POS A.......................................................86

2. L’environnement immédiat.............................................................................87

3. Les limites du terrain.......................................................................................87

4. Espace extérieur...............................................................................................88

5. Les parkings.....................................................................................................88

6. Les données physiques.....................................................................................89

6.1. L’ensoleillement............................................................................................89

6.2. Les vents.......................................................................................................89

7. Les accès du terrain..........................................................................................90

.Analyse au F3 et F4………...……………………………………….…90

8. L’analyse architecturale...................................................................................90

9. l’organisation des cellules................................................................................91

10. Confort thermique..........................................................................................91

10.1. L’ensoleillement..........................................................................................91

10.2. Les vents dominants...................................................................................92

10.3. Humidité.....................................................................................................92

10.4. Température................................................................................................93

11. Confort aéraulique.........................................................................................93

12. analyse typologique.......................................................................................94

13. Organigramme Spatial de cellule barre.......................................................95

14. Organigramme fonctionnel...........................................................................95

TABLE DES MATIERES

V

15. Analyse architecturale des façades………………………………………....95

Synthèse…………………………………………………………………….....101

Exemple 02 : habitat individuel eplf

Situation du projet..............................................................................................102

la forme………………………………………………………………………..102

Accessibilité……………………………………………………………………103

Emplacement…………………………………………………………………...103

L’ensoleillement………………………………………………………………..104

La ventilation…………………………………………………………………...104

Analyse typologique……………………………………………………………105

Analyse des baies………………………………………………………………107

Les protections…………………………………………………………………107

La façade………………………………………………………………………108

Les matériaux de construction…………………………………………………109

Synthèse…………………………………………………………………….....110

CONCLUSION GENERALE………………………………………..……..111

Glossaire…………………………………………………………………........114

Résume………………………………………………………………………..116

Liste des figures

vi

Liste des figures

Figure 1: Habitat troglodytique à Çahusin…………………………………………...12

Figure 2: Principe de l’hypocauste ........................................................................... 13

Figure 3: Principe de tour à vent................................................................................14

Figure 4: maisons alsaciennes à colombage………………………………………….15

Figure 5: exemple d'architecture vernaculaire la cité du m'Zab……………………...16

Figure 6 : L’Architecture bioclimatique……………………………………………...17

Figure 7: Réduire les surfaces refroidies………………………………....................19

Figure 8: Capter, stocker et restituer la chaleur du soleil…………………………….19

Figure 9: Réduire les surfaces refroidies……………………………………………..20

Figure 10 : L’habitat bioclimatique............................................................................21

Figure 11: La topographie de terrain d’habitat bioclimatique………………………..23

Figure 12: Position de soleil et les espaces ensoleillé................................................24

Figure 13:les espaces chauffes et les espace non chauffent.................... …………..24

Figure 14: orientation des pièces des maisons....................... ……………………...25

Figure 15: orientation d’habitat bioclimatique..........................................................26

Figure 16: La forme d’habitat bioclimatique………………………………………...26

Figure 17: L’habitat bioclimatique de proche de Gap……………………................27

Figure 18: plan de L’habitat bioclimatique de proche de Gap...................................28

Figure 19: maison à ossature bois…………………………………………………....29

Figure 20. : : Ensemble des déperditions thermiques d’une maison non isolée……..29

Figure 21: la coupe de L’habitat bioclimatique de proche de Gap…………............30

Figure 22: schéma Comparatif isolation intérieure et extérieure …………………...31

Figure 23: Les déférents types des murs……………………………………………...31

Liste des figures

vii

Figure 24: L'effet de cheminée ou la climatisation naturelle ...............................33

Figure 25: les choix des matériaux…………………………………………………32

Figure 26: La protection solaire horizontale en bois…………………………........33

Figure 27: La protection solaire horizontale par végétation…………………….....34

Figure 28: La végétation comme protection solaire naturelle……………………...34

Figure 29: La Protection du soleil en hiver et l’été………………………………...35

Figure 30: Les types de ventilation………………………………………………...36

Figure 31: la ventilation ’habitat bioclimatique de proche de Gap………………...37

Figure 32: Système solaire passif…………………………………………………..42

Figure 33:Principe de chauffage solaire passif dans une application résidentielle

canada ……………………………………………………………………………....43

Figure 34: Systèmes à gain direct…………………………………………………..43

Figure 35: La baie vitrée de la maison de proche de Gap………………………….44

Figure 36: Le principe de fonctionnement d’un panneau solaire thermique………48

Figure 37: les panneaux solaires thermiques de la maison de proche de Gap…....49

Figure 38: Le principe de fonctionnement d’un panneau solaire photovoltaïque….50

Figure 39: Les panneaux solaires photovoltaïques de la maison de proche de Gap.50

Figure 40: Différentes formes de captation des rayonnements solaires …………..51

Figure 41: Installation du capteur PV dans un endroit masqué …………………52

Figure 42: Installation du capteur sur une toiture de faible inclinaison ………......54

Figure 43 Installation du capteur sur une toiture à forte inclinaison……………….54

Figure 44: Installation du capteur sur un volume du bâtiment……………………..55

Figure 45: Installation du capteur sur une toiture inclinée respectant l’axe de la

fenêtre ……………………………………………………………………………....55

Figure 46: Intégration du capteur sur une partie de la toiture en pente d’un bâtiment

……………………………………………………………………………………....56

Figure 47: Intégration des systèmes et accessoires du capteur sur une toiture en pente

………………………………………………………………………………………56

Figure 48: Mode d’intégration du capteur sur une partie d’une toiture en pente….57

Figure 49: Intégration des capteurs solaires sur les gardes corps………………….58

Figure 50 Intégration des capteurs solaires sur les allèges…………………….…...58

Figure 51: : Intégration des capteurs solaires en avant et brise soleil sur les ouvertures

………………………………………………………………………………………58

Liste des figures

viii

Figure 52: Intégration des capteurs solaire sur la façade en homogénéité avec les

ouvertures ………………………………………………………………………….....58

Figure 53: Intégration des capteurs solaires sur la toiture d’une véranda ou la serre

………………………………………………………………………………………...59

Figure 54: Installation des capteurs solaire sur toiture terrasse……………………...60

Figure55: Exemple d’installation des capteurs solaires sur la façade comme

composant architectural…………………………………………………………........60

Figure 56: Exemple d’installation des capteurs solaires en auvent d’une entrée ou brise

soleil…………………………………………………………………………………...61

Figure 57: Exemple d’installation des capteurs solaires sur un volume du bâtiment

………………………………………………………………………………………....61

Figure 58: Exemple d’installation des capteurs solaire sur le sol………………….....62

Figure 59: Exemple d’installation des capteurs solaires sur une dépendance……......63

Figure 60: Exemple d’utilisation de serre solaire dans l’habitat…………………...…68

Figure 61: Schéma de fonctionnement de la serre en hiver ……………………….....69

Figure 62: Schéma de fonctionnement de la serre en été…………………………......70

Figure 63: Le concept de la serre solaire en jour……………………………………..70

Figure 64: Le concept de la serre solaire en nuit……………………………………..71

Figure 65: Exemple Habitat groupé bioclimatique - Saint-André-des-Eaux…………71

Figure 66: Exemple Habitat groupé bioclimatique - Saint-André-des-Eaux………..72

Figure 67: l’orientation de la serre dans un bâtiment.........................................…....73

Figure 68: la ventilation de la serre en hiver..............................................................76

Figure 69: la ventilation de la serre en été (jour)……………………………………..77

Figure 70: la ventilation de la serre en été (nuit)……………………………………...77

Figure 71: : façade sud de principe de la maison……………………………………...79

Figure 72: Maison odeillo (Cerdagne J –F.Tricaud)………………………………....79

Figure 73: Stratégie du froid (été) …………………………………………………………...80

Figure 74: Stratégie du chaud (hiver)………………………………………………………...81

Figure 75: stratégie de mur trombe en été et hiver…………………………………....82


1

- INTRODUCTION GENERALE:

« L’architecture est fatalement climatique, il n’y a architecture que lorsqu’il y a

contraintes.

Le climat en est une à laquelle on n’échappe pas »1

Aujourd’hui, la thématique de l’efficacité énergétique, notamment dans le secteur du

bâtiment, dispose d’une réelle opportunité de développement dans le monde.

Le bâtiment devient soudainement un enjeu central de deux défis planétaires majeurs:

le changement climatique et l’approvisionnement énergétique. Le secteur du bâtiment

en Algérie consomme plus de 40% du total de l’énergie, contre46% en Europe, et de

19% des rejets de CO2 dans l’atmosphère, contre 25% ailleurs. Ce secteur représente

un potentiel énorme d’efficacité énergétique et de réduction des gaz à effet de serres.

Pour ce bâtiment, le concepteur devra continuer à assurer l’abri et le confort de

l’utilisateur, mais devra également faire en sorte que l’impact du bâtiment sur

l’environnement soit minimisé2

L’évolution des idées et du concept de développement durable durant les années

quatre-vingt conduisent à une notion encore plus globalisante faisant intervenir en

outre les liens avec la santé et la gestion des différentes étapes de la vie du bâtiment

(du commencement du chantier, jusqu’à la déconstruction). On parle alors de «

bâtiment à haute qualité environnementale»

Le parc nouveau du logement Algérien compte plus de 7 millions de logements au 1er

janvier2007, ce nombre important qui continue à augmenter, ne répond à aucune

recommandation bioclimatique, et ne respecte plus les réglementations thermiques,

Dans les années 1990, l’Algérie développe plusieurs dispositifs réglementaires quant

à l’efficacité énergétique dans l’habitat. Suite à une réflexion sur la consommation

active et passive des logements neufs initiée en 1995, le ministère de l’Habitat et de

l’Urbanisme met en place des Documents techniques réglementaires (DTR) en 1997.

Ceux-ci déterminent notamment les valeurs de référence relatives aux déperditions et

aux apports calorifiques concernant les bâtiments neufs à usage d’habitation et

1 Pierre Lavigne, « Concevoir des bâtiments bioclimatiques », le moniteur, 2009.2 L. Freris et D. Infield, « les énergies renouvelables pour la production d’électricité », DUNOD, 2009.


2

tertiaire, les méthodes de calcul des déperditions et des apports calorifiques, les

valeurs limites pour le climat intérieur des locaux et les zonages climatiques

L’application de la réglementation thermique devait prendre effet dès 2005 et devait

permettre de réduire de 30 % la consommation d’énergie des bâtiments neufs, hors

poste climatisation Outre les normes et exigences d’efficacité énergétique portant sur

l’isolation thermique dans les bâtiments neufs3.

A notre avis, la réalisation de logements efficaces énergétiquement s’impose en

Algérie, comme une nécessité impérieuse pour la maitrise des consommations

énergétiques et penser dés aujourd’hui à l’après pétrole. Pour faire face à ces

problèmes à venir, il convient donc de mettre en œuvre plusieurs politiques :

économiser l’énergie, augmenter l’efficacité énergétique, promouvoir et développer

rapidement des énergies de remplacement, communément appelées les « nouvelles

énergies renouvelables »,

Enfin Certaines nos villes algériennes (Alger, Oran, Annaba et Constantine...) ont

commencé à voir ce type de bâtiments résidentiels et tertiaires (l’utilisation de

l’énergie solaire).

Notre pays s’inscrire dans une nouvelle vision, dans le but final, est de passer d’un

logement « énergivore » à un logement de « haute qualité environnementale » et de

haute efficacité énergétique avec L'objectif étant d'optimiser le confort thermique,

hiver comme été, et de réduire les besoins en chauffage et climatisation, mais le but

essentiel est de réduire la consommation énergétique de l’électricité spécifique.

- Problématique :

Les mutations dans la conception et la construction de ces bâtiments sont profondes,

elles nécessitent une nouvelle approche de la maîtrise d’œuvre qui devra travailler

forcément en ingénierie concourante, et l’utilisation de nouvelles techniques de

construction nécessitant un soin de mise en œuvre, entre autre tous les détails doivent

être étudiés en amont de l’étude d’œuvre pour palier à tous les problèmes techniques

et financiers. Aller vers une architecture recherchée, avec une technologie poussée,

pour arriver à un bâtiment à basse consommation énergétique à travers une bonne

conception intégrant des apports solaires actifs, rendant le logement autonome en

matière d’électricité spécifique, sont la réponse à ce questionnement.

3 ONS ; office national des statistiques.


3

Le domaine du bâtiment, très énergétivore, apparaît au premier plan de cette tendance.

Bien que les consommations traditionnelles du bâtiment, en chauffage, soient en

diminutions Constantes depuis le premier choc pétrolier, d’autres postes de

consommations dus aux Besoins de confort toujours grandissant des populations, tels

que les climatisations, se développent et masquent les effets de diminution du

chauffage. Ainsi, des progrès très importants peuvent encore être réalisés dans le

domaine du bâtiment et de nombreuses études Sont en cours afin de faire du domaine

du bâtiment un exemple énergétique

Es ce que réellement les nouveaux techniques d’énergie solaires dans les murs les

toitures… Etc. peuvent être une réponse aux besoins énergétiques du bâtiment et

réduire les gaz émis dans l’environnement ?

Peuvent-ils être des éléments principaux dans le bilan énergétique ?

Es ce que les architectes peuvent prendre ces éléments architecturaux en

considération dans leurs concepts ?

- Les hypothèses :

Certains concepteurs croient que « l’architecture solaire » consiste à juxtaposer à des

constructions ordinaires une installation de chauffage solaire, ou photovoltaïque de

plus en plus complexes, ce qui fausse totalement la conception d’un projet. Faux ! il

ne suffit pas d’accoler des capteurs actifs sur une enceinte ou de faire des exercices de

styles en essayant uniquement d’intégrer ces nouveaux éléments à des typologies

connues et consacrées pour parler d’intégration réussie.

D’autres concepteurs pensent, que les performances énergétiques et économiques des

réalisations d’hélio-ingénierie pures sont aléatoires et suspendues au vieillissement de

leurs composants, conduisant à des désordres

Le seul problème réputé résolu par l’architecte étant l’intégration architecturale de ces

éléments énergétiques

Contrairement aux pratiques habituelles, seule une collaboration entre les phases

amont du projet peut permettre d’obtenir un compromis satisfaisant. Bien que cela

semble paradoxal à certains architectes, c’est en réalité la participation de l’ingénieur

dans les phases initiales du projet, qui permet à l’architecte de réellement garder la

maitrise de son architecture.

- Objectif :


4

Il nous semble nécessaire, que les architectes en connaissent au minimum, les donné

climatique et les autres composantes du projet en harmonie avec La technologie, pour

parvenir à une forme architecturale optimale, et pas la technique au détriment de

l’architecture, comme la souligné Mies Van Der Rohe : Certaines personnes Sont

convaincues que l’architecture sera dépassée et remplacée par la technique.

Cette Conviction ne reflète pas une vision claire des choses.

.Afin de répondre à l’objectif du confort, le concepteur doit tenir compte de :

1. La bonne implantation des bâtiments qui prend en compte les apports énergétiques,

(Rayonnement solaire et ses effets d’échauffement sur les murs et suivant

l’orientation.)

2. La meilleure position par rapport au vent (problème de la ventilation en rapport

Avec la direction du vent et l’orientation de la façade.)

La prise en compte de ces deux facteurs peuvent aboutir à des exigences d’orientation

, qui peuvent minimiser les dépenses d’énergie.

En exploitant les paramètres du bâtiment, on peut réduire les consommations

énergétiques et on peut assurer des ambiances intérieures confortables à savoir

-L’orientation par rapport au soleil et au vent.

-La couleur et la nature des surfaces exposées de la paroi.

-la taille et la protection des fenêtres

-la couleur et la nature des surfaces exposée de la paroi.

-la taille et la protection des fenêtres.

- La méthodologie de mémoire :

Notre recherche est structurée en deux parties, une partie théorique descriptive qui

met en lumière les différents concepts ayant relation avec les objectifs de notre

recherche, elle est composée d’un chapitre introductif illustrant dune manière précise

notre problématique, problème d’étude , les objectifs, les hypothèses, les techniques et

les méthodes utilisée, un premier chapitre est un aperçu sur identification et


5

définitions des caractéristiques de l’habitat bioclimatique, à l’aide de différentes

documents qui se trouve dans le site web, les livres et les mémoires de magister.

Dans la deuxième chapitre traite d'une façon détaillée l’utilisation de l’énergie solaire

sous ses différentes formes (passif et actif) dans l’habitat bioclimatique, et le

troisième chapitre, explique les différents technologies de la construction comme mur

trombe et serre bioclimatique.

Le quatrième et dernier chapitre, présente l’étude de cas des habitats dans la ville

d’oum boughi pour connaitre les déférents problèmes posé dans les habitats et après

choisie des stratégies adapté.


6

- Schéma de la structure du mémoire :

chapitre 01: habitatbioclimatique

Chapitre 02 : l’énergiessolaires passive et active

Chapitre 03 : serre et murtrombe

Chapitre 04 : Cas d’étude

1.Pa

rtie

thém

atiq

ue2.

Par

tie

anal

ytiq

ue

Conclusion générale des chapitres.

Introduction générale des chapitreschapitres.


6


• Aperçu sur les caractéristique et lesoptions de l’habitat bioclimatique lierAvec le changement climatique dans lemonde entier, pour connu la nouvelleoption moderne et naturel.

chapitre 01: habitatbioclimatique

• L’utilisation de l’énergie solaire sous sesdifférentes formes (passif et actif) dansl’habitat bioclimatique et les modesd’intégration des capteurs solaires.

Chapitre 02 : l’énergiessolaires passive et active

• L’utilisation des technologies de laconstruction comme mur trombe et serrepour assurer le confort intérieur etminimisé la consommation d’énergie.

Chapitre 03 : serre et murtrombe

• Analyse architecturale et spatial deshabitats dans la ville de Oum boughipour poser les déférents problèmesdans les habitats et après choisir desstratégies adapté (serre ,mur etc..) pouraméliorer habitat.

Chapitre 04 : Cas d’étude

1.Pa

rtie

thém

atiq

ue2.

Par

tie

anal

ytiq

ue




6


• Aperçu sur les caractéristique et lesoptions de l’habitat bioclimatique lierAvec le changement climatique dans lemonde entier, pour connu la nouvelleoption moderne et naturel.

• L’utilisation de l’énergie solaire sous sesdifférentes formes (passif et actif) dansl’habitat bioclimatique et les modesd’intégration des capteurs solaires.

• L’utilisation des technologies de laconstruction comme mur trombe et serrepour assurer le confort intérieur etminimisé la consommation d’énergie.

• Analyse architecturale et spatial deshabitats dans la ville de Oum boughipour poser les déférents problèmesdans les habitats et après choisir desstratégies adapté (serre ,mur etc..) pouraméliorer habitat.

1.Pa

rtie

thém

atiq

ue2.

Par

tie

anal

ytiq

ue




7



8


9

CHAPITRE 01 : L’habitat bioclimatique

INTRODUCTION

La maison bioclimatique est conçue pour capter l’énergie solaire, la stocker et la rediffuser à

L’intérieur d’elle-même.

Cette maison existe à plusieurs manuaire la maison bioclimatique, La maison solaire passive.

L’éco construction, maisons à énergie positive ….Etc.1

L’objectif est d’habiter dans une maison à la fois confortable et lumineuse, en réduisant au

maximum les coûts de chauffage et d’éclairage.

La construction bioclimatique pourrait se définir comme une symbiose entre le bâtiment (site,

forme, matériaux, mise en œuvre,…), le bien être de son occupant, et le respect de

l'environnement.2

.2. Qu’est-ce qu’une maison bioclimatique ?

pour qualifier l’approche environnementale de la construction d’une maison : « écologique», «

durable », « HQE », etc. Cette diversité est représentative de la pluralité des approches qui, si elles

ont la même finalité (le respect de l’environnement), ne correspondent pas toutes aux mêmes

priorités, et proposent des solutions différentes. Voici quelques définitions pour y voir plus clair

dans les différentes appellations, et mieux comprendre le sens de cette démarche.

L’architecture bioclimatique

L’architecture bioclimatique est la plus ancienne les troglodytes, les huttes, les cabanes, les

tentes des nomades (mongoles, touareg).

La maison bioclimatique applique les principes du bioclimatisme, s’insère dans le site, et utilise des

matériaux qui préservent l’environnement et la santé.3

Les maisons bioclimatiques

1 guide-conseil, union régionale des causes des pays-de-la-l ‘oie, page 2, PDF2les maisons bioclimatiques, ecoconso du conseil à l’action, page1, PDF3 Louise ranck, maisons écologiques, page 4, PDF


10

Reposent sur l’idée que l’édifice peut, par le choix de son orientation et sa conception, tirer le

maximum d’énergie des éléments naturels et en particulier du climat et de la topographie locale.4

Les maisons Basse consommation

Le concept de bâtiment basse consommation (BBC) met l’accent sur les économies D’énergie et

l’aspect thermique. Selon certains, le plus important est de commencer par améliorer l’enveloppe du

bâtiment pour limiter les déperditions thermiques. Cette démarche est depuis peu référencée sous la

forme d’un label dénommé « BBC-Effinergie », qui atteste d’une consommation de 50 kWh/m2/an

d’énergie primaire (avec des variantes selon la zone climatique et l’altitude). Elle comprend

également un contrôle de l’étanchéité à l’air, qui doit être inférieur à 0,6 m3 par heure et par mètre

carré. D’après l’association Effinergie, ces objectifs peuvent être atteints sans difficulté et à des

coûts raisonnables avec des techniques et des matériaux actuels éprouvés.5

Les maisons passives

une maison qui utilise peu d’énergie pour demeurer confortable, à longueur d’année. Sa structure

permet de maximiser le rayonnement solaire, qui réchauffe les objets, les planchers, les murs, ce qui

permet de réduire les besoins de chauffage en hiver C’est son orientation, sa structure, son isolation

thermique et son étanchéité qui lui permettent de réduire ses besoin sen chauffage de manière

significative .Il existe différents types de maisons dites «passives» et le concept évolue en même

temps que les connaissances humaines, entraîné par l’expérimentation et la recherche.

Les maisons à énergie positive

Le principe généralement appliqué est de revendre l’électricité produite à EDF à un prix

avantageux, ce qui permet d’éviter les problèmes de stockage et d’acheter l’électricité du réseau en

cas de besoin.6

4 les maisons bioclimatiques, ecoconso du conseil à l’action, page, PDF5 Louise ranck, maisons écologiques, page 6, PDF6 les maisons bioclimatiques, ecoconso du conseil à l’action, page, PDF


11

Les maisons autonomes ou maisons zéro-énergie

Le principe des maisons autonomes est de produire directement l’énergie nécessaire au chauffage et

à l’éclairage, sans dépendre d’un fournisseur extérieur, et de gérer son approvisionnement en eau

(récupération de l’eau de pluie, des cours d’eau, etc.), ainsi que son traitement (par lagunage : l’eau

est filtrée par les racines des plantes). Cette démarche va de pair avec une réduction de ses besoins

et l’utilisation d’équipements peu gourmands en énergie. Elle implique un changement de

comportement par rapport aux habitudes actuelles.

Maisons saines ou « bio construction

La maison saine est avant tout une maison dont les matériaux (tous naturels) sont choisis pour leur

faible impact supposé sur leurs habitants.7

La démarche HQE

est une démarche volontaire pour maîtriser les impacts sur l'environnement générés par un bâtiment

tout en assurant à ses occupants des conditions de vie saines et confortables tout au long de la vie de

l'ouvrage.

Haute performance énergétique (HPE

Un ensemble de labels officiels français qui rend compte des performances énergétiques, sanitaires

et environnementales d’un bâtiment au niveau de sa conception et de son entretien. HPE est un

ensemble de notions et de prescriptions réglementaires qui s’est progressivement établi à partir de

1978. 8

7 Louise ranck, maisons écologiques, page 6, PDF

8 Louise ranck, maisons écologiques, page 7 et 8, PDF


12

3. Histoire de l’architecture bioclimatique

3.1. Durant le Néolithique et la période Antique

Les civilisations gréco-romaine et arabo-persane ont encore beaucoup à nous apprendre notamment

concernant nos modes de construction et notre utilisation des éléments naturels à bon escient.

3.1.1. L’habitat troglodytique (la caverne en grec)

Ce type d’habitation est attesté depuis le Néolithique (- 9000 ans av JC à – 3000 ans av JC) et

perdure encore aujourd’hui. Il existe des exemples dans le monde entier (Europe du sud ; Turquie,

Tunisie ; Chine...) et ses occupants sont des troglodytes. Ce type d’abri est soit naturel soit il résulte

d’une excavation d’origine anthropique. Les cavités sont en général des roches calcaire, molasse ou

en grès. Son succès vient du fait qu’il n’y a nul besoin de bois de construction ou de quelque autre

matériau et donc il n’y a pas d’entretien. Mais aussi parce que les conditions climatiques (arides ou

continentales) obligent certaines populations à s’abriter de manière stratégique et ce pendant des

siècles. Les caractéristiques techniques sont la bonne inertie thermique (capacité d’un matériau à

emmagasiner puis à restituer la chaleur de manière diffuse) de l’enveloppe grâce à la disparition

d’une façade exposée et aussi grâce au sol lui-même plus ou moins isolant (selon son épaisseur et

son exposition). La température intérieure est donc toujours constante le jour comme la nuit.9

Figure1 : Habitat troglodytique à Çahusin (Photo Claude Valette)

9 DIANE (Pryrot) et VICTOR (Istin) : fiche technique écoconstruction, page5, PDF


13

3.1.2.Le chauffage central par le sol ou hypocauste

Les grecs anciens sont à l’origine de beaucoup d’innovations techniques comme le chauffage par le

sol à hypocauste dès le IVe siècle avant JC repris plus tard par les romains dans les thermes et les

demeures aristocratiques. C’est un système simple basé sur un foyer alimenté en permanence et

situé loin des pièces à chauffer. La chaleur émise circule dans un entresol sous un dallage de terre

cuite qui facilite la conduction de l’air chaud.

Figure 2: Principe de l’hypocauste (Source : photos.piganl.net)

3.1.3. La tour à vent ou badgir

Cette technique de construction traditionnelle existe depuis environ 5000 ans et s’est principalement

développée dans les régions arides du Moyen-Orient. L’énergie utilisée est le vent afin de climatiser

naturellement un bâtiment et sert aussi à rafraichir les réservoirs d’eau. Le fonctionnement est très

simple : les habitations sont équipées d’une tour haute d’environ 15 mètres qui récupère le vent plus

rapide et moins chargé en sable. Les courants d’air sont acheminés vers le bas de la tour et vont

s’engouffrer dans les autres pièces de la maison. Le matériau utilisé est l’adobe (terre mélangée à de

la paille avec de l’eau) qui va favoriser l’extraction de l’air chaud et fait rentrer de l’air frais venant

du sous-sol ou du jardin (s’il y en a un) ou encore venant de l’évaporation de l’eau des bassins qui

est alors accélérée par le phénomène et rafraîchit à son tour la maison.10

10 DIANE (Pryrot) et VICTOR (Istin) : fiche technique éco construction, page 6, PDF


14

Figure 3: Principe de tour à vent(Source : guide éco construction, 2006, PDF)

3.2. Des exemples au Moyen Age qui perdurent jusqu’au XIXe siècle

Le Moyen Age est une période qui voit perdurer des types d’habitats déjà existants depuis très

longtemps. Les besoins sont toujours à peu près les mêmes. Certaines pratiques persévèrent jusqu’à

l’aube de l’ère industrielle.

3.2.1. La maison à colombage

Il s’agit de la technique de construction la plus répandue dès le début du Moyen Age qui répondait

aux exigences urbaines naissantes. Mais aussi parce que c’est une technique économique et donc à

destination d’une population modeste qui s’urbanise. On trouve ce genre d’habitat principalement

en Europe jusqu’au XIXe siècle. Les deux éléments qui constitue cette maison sont l’ossature bois

et le colombage qui remplit et raidit le squelette ligneux. Il est constitué de briques crues

recouvertes d’une couche de plâtre ou de torchis (mélange d’argile, de sable, de chaux et de fibres

végétales) qui est un matériau isolant et surtout imperméable. Le soubassement de la maison est

généralement en pierre afin d’isoler le bois de l’humidité et donc du pourrissement.11



15

Figure 4 : maisons alsaciennes à colombage(Source : http: // mmivesoda.eklablog.com/la-beaute-des-maisons-alsaciennes-a-colombage)3. 3 .A partir du XIXe siècle jusqu’au choc pétrolier

Après réflexion, le mode d’habitation a très peu évolué durant toute la période historique. C’est

avec l’essor de l’aire industrielle au XIXe siècle que les habitudes de vie vont être révolutionnées et

que l’on commence à parler de confort moderne à l’occidental.12

3.3.1. La standardisation des constructions dans le monde entier

A la veille du premier choc pétrolier, nous sommes dans la situation suivante : une énergie bon

marché (charbon, pétrole, gaz) ; l’essor et le développement de machines thermiques (réfrigérateur,

centrale électrique, moteur à combustion...) et le développement de techniques de construction

industrielles couplé avec la recherche de la seule performance quantitative et économique

(bâtiments en verre et acier, en béton à fabrication rapide et pas cher). Les matériaux sont de plus en

faciles à acheminer d’un bout à l’autre de la planète et la standardisation des constructions

supplante de façon irrémédiable les bâtiments traditionnels et artisanaux. Durant la période des

trente glorieuses on assiste pleinement à la séparation entre la conception architecturale et la

problématique thermique d’un bâtiment.

Le choc pétrolier de 1973 met un terme dans un premier temps à tout cela en alourdissant la facture

énergétique et en promouvant une chasse au gaspillage. La première réglementation thermique entre

en vigueur en 1974 et s’adresse aux constructions neuves. Cependant, on décide de résoudre les

déperditions de calories en isolant par l’intérieur avec des matériaux hautement toxiques et non

durables telles que la laine minérale, le polystyrène etc. En réalité, cette proposition est totalement

en phase avec le développement en parallèle du chauffage électrique.13

12Belkhamsa Sarah, Cours Master Pro 2012-2013 Beaux Arts de Tunis



16

3.4. Depuis les années 1960-70 jusqu’aux années Aujourd’hui

3.4.1. ’L’architecture bioclimatique’’: 1960-1970

L’approche bioclimatique n’est pas nouvelle, elle s’inspire des maisons et habitats vernaculaires

(voir votre cours sur l’habitat vernaculaire).

Dans la période qui a suivi la seconde guerre mondiale, l’expansion économique des pays

industrialisés à généraliser peu à peu l’emploi d’installations techniques chargées d’assurer le

confort des usagers en été comme hiver.

1960 – David Wright habitat organique profitant des apports solaires gratuits.

1970 – Prix croissant du gaz naturel et du pétrole a suscité une première crise de

conscience de la finitude de ressources naturelles (pollution) refus des gaspillages ou des énergies

fossiles.14

Figure5 : exemple d'architecture vernaculaire la cité du m'Zab

(Source : http://www.algeria.strabon.org/portal/article.php3?id_article)

14 Belkhamsa sarah, Cours Master Pro 2012-2013 Beaux Arts de Tunis


17

3.4.2. L’architecture bioclimatique 1970

L’approche bioclimatique a été tout d’abord très intuitive sans des outils réels de conception ou de

mise en œuvre. Elle a tout de même évolué vers une série de grille d’évaluation importante (HBC,

HPE).

1990 Première grille destinées à évaluer ‘’objectivement’’ les caractéristiques

environnementales du bâtiment.

Green building Tool en Amérique du Nord.

Breeam au Royaume-Uni.

Mangerie en Suisse (www.minergie.ch).

Habitat passif en Allemagne et en Autriche (www.passiv.de).

Réglementation pour les classements de bâtiment ANME (TUNISIE)15.

FIGURE 6 : ’L’Architecture bioclimatique’’: SARAH Wigglesworth London

(source : http://en.wikipedia.org/wiki/Green_building )

15 Belkhamsa sarah, Cours Master Pro 2012-2013 Beaux Arts de Tunis


18

3.4.3. L’architecture bioclimatique 1992

Sommet au Brésil, engagement en faveur du développement durable. Nombre de pays ont accélérés

le processus menant à la généralisation de la démarche environnementale dans tous les secteurs

économiques.

Isolation renforcée de l’enveloppe.

développement de techniques liées aux énergies renouvelable.

Participation et insertion sociale (habitat écologique) , participation sociale : « Institut

Californien Carl Earth »

Exemple: Honduras l’association Eco-tec.

3.4.4. L’architecture bioclimatique Aujourd’hui

Aujourd’hui 3 tendances majeures en architecture:

1/ Low-tech : Antonius Lanzinger (économie des moyens et la muse en valeur de savoir faire

traditionnel.

2/ High-tech: Soutenu par la révolution industriel (Domotique)

3/ Architecture raisonnée (juste milieu)

Militantes et pragmatique/Installation innovantes et mesure biochimique. Humain au centre de

ses préoccupations.16

16 Belkhamsa Sarah, Cours Master Pro 2012-2013 Beaux Arts de Tunis


19

4. Les principes de l’architecture bioclimatique

L'habitat bioclimatique intègre 3 grands principes :

Réduire les besoins en énergie en évitant les déperditions

Capter, stocker et restituer la chaleur du soleil

Se protéger de la chaleur en été

Figure 7: Réduire les surfaces refroidies

(Source le livre de la conception bioclimatique PDF)

Figure 8 : Capter, stocker et restituer la chaleur du soleil


Prévoir des vitrages isolants (double vitrage).


19












19












20

Réduire les surfaces refroidies en optimisant le rapport surface habitable/surface extérieure. Une

enveloppe du bâtiment compacte est préférable a une organisation concave.17

Protéger le bâtiment des vents par une végétation persistante


(Source : la conception bioclimatique PDF)

Capter l'énergie solaire

Le verre est le matériau de prédilection de l'architecture bioclimatique. ll laisse passer le

rayonnement solaire de courte longueur d'onde (lumière) et fait obstacle au rayonnement de grande

longueur d'onde (chaleur) réfléchi par les surfaces touchées par les rayons solaires : c'est tout

simplement un effet de serre.

Les façades orientées au Sud, Sud-est et Sud-ouest (selon les climats) seront largement vitrées, Les

pièces principales (chambres, séjours, ...) seront de préférence placées au sud : elles bénéficient d'un

éclairage naturel et de gains thermiques directs optimum.

Les halls d'entrée, garages, escaliers, penderies, etc, constituent des zones tampon placées au nord .

En plus des ouvertures vitrées traditionnelles, il peut être intéressant d'ajouter une serre.

Stocker

Pour stocker l'énergie solaire captée, afin de la diffuser, lorsque le soleil n'éclaire plus l'intérieur, la

maison doit présenter une inertie importante.

L'utilisation de matériaux lourds (béton, pierre, brique) dans la composition des parois apporte une

bonne inertie thermique.

Distribuer

17 Alain Liébard et André De Herde, guide de l’architecture bioclimatique ,page 15 ,PDF


20
















Stocker





Distribuer



20
















Stocker





Distribuer



21

La conception du bâtiment doit prévoir de larges ouvertures pour permettre à l'air chauffé par le

soleil dans les pièces du sud, de circuler facilement vers les pièces ne bénéficiant pas

d'ensoleillement direct.18

5. Définition de l’habitat bioclimatiqueSelon le livre habitat écologique c’est un maison bioclimatique qui utilise au maximum les

ressources de son environnement, pour diminuer, voire supprimer, sa consommation d'énergie,

minimiser son impact sur l'environnement, et faire en sorte que ses habitants se sentent bien sans

gaspiller.19

Selon le guide Comment concevoir sa maison bioclimatique ?

L’habitat bioclimatique est conçu pour capter l’énergie solaire, la stocker et la rediffuser à

l’intérieur d’elle-même. C’est une maison dite « passive » car c’est le simple choix des matériaux

de construction et une astucieuse disposition des pièces qui permet la captation d’énergie. Ainsi

grâce au soleil, nous pouvons chauffer en partie notre maison. Il reste ensuite à définir le chauffage

d’appoint.20

La Donc : un maison bioclimatique est un bâtiment adapté au climat et à l'environnement dans

lequel on souhaite l'insérer. Sa conception favorise les apports solaires passifs et limite les

déperditions de chauffage habituelles mais aussi les déperditions thermiques liées à une

exposition inutile aux intempéries. Elle est construite avec des matériaux locaux, dans le cas

contraire, la maison est "climatique".


19 http://sboisse.free.fr/planete/maison-ecologique/maison-bioclimatique.php20 guide-conseil, union régionale des causes des pays-de-la-l ‘oie, page 2, PDF


22

Figure 10:L’habitat bioclimatique

(Source : guide éco construction, 2006, PDF)

6. les Objectifs

Son objectif est la recherche de la meilleur adéquation entre la conception et la construction de

l'habitat, le climat et l'environnement dans lequel il s'implante, et l'habitant et ses rythmes de vie.21

7. Les principes de la conception d’habitat bioclimatique :

Le concept de la construction bioclimatique repose sur plusieurs principes

•La localisation

•L’orientation

•la forme

•Les matériaux de construction

• une bonne isolation

•La dimension des fenêtres

•Les protections solaires

21 http://www.habitat-ecologique.net/index.php/la-maison-bioclimatique/


23

7.1.La localisation

Le choix d’un terrain situe en hauteur ou sur un plateau dégage (ou les vents peuvent être

importants), ou en lisière de forêt ou de rivière (qui dans un cas présente un risque de chute d’arbres

et dans l’autre un apport d’humidité non désirée ou un risque d’inondations) représentent des

risques à ne pas négliger.

Donc choisir le meilleur endroit possible que sera implantée la maison. L’orientation principale à

privilégier est le Sud à + ou – 20° vers l’Est ou vers l’Ouest et l’accès automobile se fera de

préférence par le Nord. Eviter les terrains en pente exposés au Nord et observer la végétation

existante afin d’en tirer parti pour l’implantation future de la maison.

La topographie

La topographie et la nature des sols peuvent engendrer des travaux supplémentaires et donc un

surcout. Sur un terrain en pente, le fait de remblayer ou de décaisser, c'est-à-dire de se procurer ou

d’évacuer des terres, représente un surcout et une consommation supplémentaire d’énergie

et un terrain argileux, de nature imperméable, est sujet aux inondations.22

Figure 11: La topographie de terrain d’habitat bioclimatique


22 guide de l’éco construction, 2006,page5, PDF


23

7.1.La localisation









La topographie









23

7.1.La localisation









La topographie









24

7.2. L’orientation

Le terrain doit permettre d’orienter le bâtiment de façon optimale pour profiter des apports solaires.

(L’orientation selon l’axe Nord Sud est préférable à l’axe Est – Ouest)

Profiter des apports solaires. L’orientation selon l’axe Nord–Sud est préférable a l’axe Est – Ouest,

elle est même indispensable.

Mieux vaut éviter les expositions directes est et ouest qui suivent la courbe du soleil qui occasionne

le plus souvent des « surchauffes » et un inconfort visuel. Au Nord, Il faudra limiter les ouvertures

afin de minimiser les déperditions thermiques du bâtiment. De manière générale il est conseillé de

respecter un ratio de surface vitrée d’environ 20 % de la surface habitable, répartie comme suit : 50

% au sud, 20 à 30 % à l’Est, 20% à l’ouest et 0 à 10% au nord.

Cette règle est très importante car la bonne maîtrise des apports solaires peut représenter un gain

gratuit de 15 à 20 % de besoins d’énergie (réduction de la consommation).23

Figure 12: Position de soleil et les espaces ensoleillé(Source : guide-conseil, union régionale des causes des pays-de-la-l ‘oie, PDF)

23 Samuel courgey et jean pierre Oliva,la conception bioclimatiques des maisons confortable etéconomes ,page 52


25

Figure 13: Les espaces chauffes et les espace non chauffent

(Source : une maison bioclimatique, PDF)

Les parcelles les mieux exposées au soleil et orienté (sud) permettent de placer une terrasse ou

un jardin d’hiver à l’arrière de la maison qui sera expose au soleil toute la journée. Cette orientation

offre la meilleure maitrise de l’ensoleillement et évite les gènes entrainées par le soleil

(éblouissement, surchauffe…).

les façades et la répartition des différentes pièces permettent de bénéficier des apports du

soleil d’hiver mais aussi de protéger du soleil en été et en mi- saison. Plus la surface des parois en

contact avec l’extérieur et avec le sol sont réduite, plus les économies en énergie et en

investissement ne sont importantes. Pour un même volume et une même surface, une habitation

compacte consomme moins d’énergie qu’une habitation simple.24

24 guide de l’éco construction, 2006, page8, PDF


25














25














26

Exemple

Figure 14:orientation des pièces des maisons

(Source : http://habitat-bulles.com/7-elements-pour-une-maison-bioclimatique/)

L’orientation des pièces à l’est

Lumière difficile a maitrisé le matin en raison des rayons rasants. Exposition solaire faible en hiver

mais importante en été. Pièces préconisées : bureau chambre, atelier, salle de bains.

L’orientation des pièces à l’ouest

Surexposition l’été ce qui peut amener des surchauffes. Pièces préconisées : escaliers, débarras,

chambre, salle de jeux. Pas de grandes surfaces vitrées.

L’orientation des pièces à nord

Lumière égale toute l’année et rayonnement diffus bas ce qui engendre un éblouissement difficile a

contrôlé au petit matin et le soir. Pièces préconisées : garage, garde a manger, cave a vin, local de

chauffage.

L’orientation des pièces à sud

La lumière est facile a contrôler et l’ensoleillement est maximal en hiver et minimal en été.

En hiver, le soleil bas (+/- 17°) pénètre profondément dans la maison tandis qu’en été,

le soleil plus haut (+/- 60°) pénètre moins profondément.

Pièces préconisées : salle a manger, salle de séjour, jardin ,véranda, jardin d’hiver.25

25 http://habitat-bulles.com/7-elements-pour-une-maison-bioclimatique/


27

Figure15: orientation d’habitat bioclimatique

(Source : guide de l’éco construction, 2006, PDF)

7.3.La forme d’habitat bioclimatique

La forme de l’enveloppe de votre maison doit être relativement compacte et s’adapter aux

conditions extérieures comme le vent ou l’ensoleillement.

La forme cubique est la forme la plus optimale pour réduire les pertes thermiques de

l’enveloppe du bâtiment. Un bâtiment compact consommera moins qu’un bâtiment en L ou à

plusieurs étages.;

Figure16: La forme d’habitat bioclimatique

(Source : http://www.polenergie.org/ressource/espace-ressource/eco-

construction/constructionrenovation/larchitecture-bioclimatique/)

Une forme compacte est à préférer pour éviter les déperditions thermiques (en été comme en

hiver). Afin d’augmenter le confort thermique, des matériaux tels que la dalle massique,

l’argile...seront utilisés pour leurs propriétés d’inertie thermique et ainsi créer des accumulations de

chaleur ou de fraîcheur.26

26 http://www.polenergie.org/ressource/espace-ressource/eco-construction/constructionrenovation/larchitecture-bioclimatique/


28

Exemple : l’habitat bioclimatique de proche de Gap

Figure 17:L’habitat bioclimatique de proche de Gap

(Source : Une maison bioclimatique à très haut performance énergétique, janvier 2007)

Lieu : proche de Gap, à 725 m d’altitude, terrain orienté Sud-ouest.

_ Date : construction de mai 2004 à mars 2005

_ Architecte : Romuald MARLIN (Sigoyer)

_ Surfaces : habitable 137 m², toiture 175 m², terrain 1600 m².

_ Système constructif : maison ossature bois structure poteau-poutres (douglas et

Mélèze), conception bioclimatique (disposition des volumes, solaire passif, intégration

Paysagère,…), priorité aux matériaux naturels.

_ Consommation d’énergie de chauffage : 25 kWh/m²/an

_ Coût de la construction : environ 1500 €/m²

_ Equipements :

_ Puits canadien : 2 tuyaux en polyéthylène de 160 mm, longueur 30 m.

_ Poêle à granulés : puissance 2,3 – 11 kW.

_ Chauffe-eau solaire : 5 m² de panneaux et ballon de 300 l.

_ Tuiles photovoltaïques : 10 m², puissance 1kWc raccordé au réseau.

_ Récupération d’eau de pluie : 2 cuves enterrées, volume total 15 m3 .27

27 Une maison bioclimatique à très haut performance énergétique, janvier 2007 ,page1,PDF


29

La forme dun plan

Figure 18:plan de L’habitat bioclimatique de proche de Gap(Source : Une maison bioclimatique à très haut performance énergétique, janvier 2007)

La forme générale de la maison est volontairement compacte pouroptimiser son efficacité thermique. En effet, pour limiter les déperditions de chaleur,l’enveloppe de la maison doit avoir un minimum de parois extérieures. Ainsi, sa forme proched’une demi-sphère est un schéma économe.

Les espaces situés au nord ne bénéficient pas d’ensoleillement direct et sont doncnaturellementfroids. A l’inverse, les pièces situées au sud seront naturellement plus chaudes et plus Lumineuses.Ainsi, pour limiter les besoins de chauffage et de lumière, et améliorer le confort des occupants, lespièces situées au nord seront considérées comme tampon : on retrouve donc le garage, l’atelier, lecellier qui ne seront pas chauffés, tandis qu’au sud seront placées le salon, les chambres, lacuisine.28

7.4. Isolation, chauffage, inertie thermique

Dans un bâtiment mal isole, les déperditions thermiques sont importantes et engendrent desconsommations d’énergie importantes pour le chauffage des pièces et de l’eau chaude sanitaire enhiver voire le recours a la climatisation en été. En plus des économies énergétiques directes,l’isolation thermique alliée a une bonne ventilation réduit les couts d’entretien et les risquesd’humidité et augmente la durée de vie de la maison. Le schéma suivant présente en pourcentagesindicatifs les pertes de chaleur d’une maison traditionnelle non isolée.29

28 Une maison bioclimatique à très haut performance énergétique, janvier 2007, page2,PDF29 guide de l’éco construction, 2006,page8, PDF


30

Figure 19: maison à ossature bois

(Source : http://www.maisonbioclimatique.blogspot.com)

Figure 20: Ensemble des déperditions thermiques d’une maison non isolée

(Source : : guide éco construction, 2006, PDF)


31


Figure 21:la coupe de L’habitat bioclimatique de proche de Gap

(Source : Une maison bioclimatique à très haut performance énergétique, janvier 2007)

L’isolation de l’enveloppe du bâtiment est un point essentiel pour assurer sa performance

énergétique. Dans le cas de cette maison, l’isolation des murs (sauf les murs capteurs) est assurée

par 14 cm de laine de cellulose et une plaque rigide de 3,5 cm de fibre de bois. Cette combinaison

d’isolants écologiques permet d’atteindre une résistance thermique (R) moyenne de 3,5 m².K/W. La

toiture est isolée de la même manière mais avec une épaisseur de

30 cm de laine de cellulose et une plaque rigide de fibre de bois de 3,5 cm permettant d’atteindre

une résistance thermique de 6,5. Le plancher est également isolé par une dizaine de centimètres de

polystyrène, cette solution est plutôt conventionnelle mais il existe peu d’alternatives à coût

équivalent.

Toutes les vitres, naturellement sources de pertes de chaleur, ont été choisies pour leur

efficacité sur ce point. Il s’agit de doubles vitrages à faible émissivité séparés par une lame d’argon.

Les menuiseries sont été réalisées sur mesure. Ainsi, chaque vitre assure une conductivité thermique

(U) de l’ordre de 1,1 W/ms. L’efficacité thermique aurait pu être améliorée par l’utilisation de

triples vitrages, mais le prix et la disponibilité de ces fenêtres sont encore un frein majeur.

Pour que l’enveloppe soit bien isolée, il ne doit pas y avoir de rupture dans l’isolation.

Par exemple à l’intersection de deux murs, ou d’un mur et d’un plancher. On appelle cette rupture

d’isolation un « pont thermique ». Pour atteindre un bon niveau de performance énergétique, une

attention particulière doit être apportée à ce point. Ici, chaque pont thermique a été traité de manière

à assurer la continuité de l’isolation.30

30 Une maison bioclimatique à très haut performance énergétique, janvier 2007, page3,PDF


32

Isolation des mues

Figure22: schéma Comparatif isolation intérieure et extérieure


Figure 23: Les déférents types des murs

(Source : guide-conseil, union régionale des causes des pays-de-la-l ‘oie, PDF)

L’isolation des parois vitrees

Elle est augmentée grâce a la présence de fermetures (volets ou autres), qui réduisent les

déperditions thermiques la nuit, et protègent des rayons du soleil en évitant les surchauffes le jour.

L’isolation des planchersLes déperditions thermiques a ce niveau ne sont pas les plus importantes. Leur isolation limite lesphénomènes de parois froides. L’isolation est différente selon qu’il s’agit de planchers se trouvantsur terre-plein ou de planchers sur vide sanitaire. Pour les planchers sur terre-plein, l’isolation n’estenvisagée que lorsque la sensation de paroi froide devient désagréable. En général, lorsquel’humidité est bien maitrisée, les déperditions thermiques a cet endroit sont très faibles car le sol secharge de la chaleur des pièces et son inertie régule la température de la maison.31



33

7.5. Matériaux

La maison bioclimatique doit faire l'objet d'un bilan environnemental, qui évalue l'impact de chacun

des éléments liés à sa construction. On tiendra donc compte, dans le choix des matériaux, du coût

environnemental lié à leur fabrication, à leur transport, à leur mise en œuvre et éventuellement à

leur recyclage ultérieur. Leur efficacité en termes de solidité, d'isolation ou de durabilité est

également à mettre en balance avec les éléments précédents pour tenter, au cas par cas, de faire les

choix les plus cohérents possibles. Le bioclimatique est particulièrement propice aux

expérimentations thématiques : maisons à ossature bois, bois cordé brique pierre etc.

Figure 25: les choix des matériaux


Les matériaux de construction se divisent entre ceux qui peuvent stocker de la chaleur, ceux

qui ralentissent les transferts de chaleur appelés isolants et toutes les combinaisons qui existent

entre ces deux types de matériaux : - ceux qui stockent l’énergie sont la terre (adobe, pisé ou terre

crue), la pierre, la brique, le béton. Ils ont de « l’inertie ». Pour exprimer leur potentiel, il faut les

isoler par l’extérieur. - les isolants ralentissent les transferts de chaleur. Ce sont la laine de verre, la

laine de roche, la fibre de bois, le polystyrène, la ouate de cellulose, la paille... - d’autres isolent en

même temps qu’ils stockent et éventuellement participent à la structure : la brique monomur, le

béton cellulaire, le bois massif.32

32 guide-conseil, union régionale des causes des pays-de-la-l ‘oie, page 2, PDF


34

7.5.les protections solaires

Exploitation de la chaleur du soleil en hiver tout en évitant les surchauffes en été, des masques et

des protections solaires sont indispensables. Ces derniers augmentent le pouvoir isolant des fenêtres

et contrôlent l’éblouissement. Ils peuvent être fixes, comme les porches et auvents, ou amovibles

comme les stores et persiennes.

Utilisation des brise-soleils:1/4 de la hauteur du vitrage

Figure 26: La protection solaire horizontale en bois


Planter des arbres (obstacles et climatiseurs naturels) 33



34












34












35

Figure 27: La protection solaire horizontale par végétation


La végétation à feuilles caduques fournit des zones d’ombrage et forme un écran face au vent.

Les protections solaires fixes ont des couts non négligeables. C’est pour cette raison qu’il est

nécessaire de calculer leurs dimensions en fonction de leur utilisation.34

Figure 28: La végétation comme protection solaire naturelle




36

Figure 29: La Protection du soleil en hiver et l’été


8-Gestion d'un projet d'habitat bioclimatique

Le principal obstacle à l'origine d'un tel projet est représenté par les habitudes des professionnels du

bâtiment auxquels on va avoir à faire à tous les niveaux, et la nécessité de leur faire accepter

l'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 "on

n'avait pas compris" et sans aboutir automatiquement au tribunal ou à l'arrêt du chantier.35

35 Michel BERSON, guide de l’éco habitat, page 35,PDF


36















36















37

9. le confort dans l’habitat bioclimatique9.11Ventilation

Il faut assurer le renouvellement d’air dans le logement de manière optimale.

Les différents procédés existent :

- La ventilation naturelle assistée : traditionnellement par simple convection (élévation de l’air

chaud) elle n’est pas motorisée. Elle se décline de plus en plus dans les « tours à vent », notamment

en Angleterre.

- La Ventilation Mécanique Contrôlée(VMC) simple flux : le renouvellement d’air se fait par

aspiration de l’air extérieur « propre » et rejet de l’air intérieur vicié. Il existe aussi une VMC

hygrométrique qui permet de réguler le taux d’humidité ambiant du bâtiment.

- La VMC double flux : un système d’échangeur récupère les calories de l’air chaud évacué. Ce

principe, très intéressant dans les climats froids, est moins adapté aux climats océaniques les plus

doux.36

Figure 30: Les types de ventilation


36 guide-conseil, union régionale des causes des pays-de-la-l ‘oie, page 8, PDF


38


Figure 31:la ventilation ’habitat bioclimatique de proche de Gap

(Source : Une maison bioclimatique à très haut performance énergétique, janvier 2007

Conclusion

Une maison « bioclimatique » est un habitat qui utilise au mieux son environnement (le soleil,

l'air...) pour assurer le chauffage et la climatisation.

Cela consiste donc à trouver une adéquation entre l'habitat, le comportement des occupants et le

climat, pour réduire au maximum les besoins de chauffer ou de climatiser.


39

Bibliographie du chapitre 01:

- BERTRAND (A) : « Notre habitat écologique », détails pratiques d’une expérience

réussie, Edition Dauphin, 2005

- MARLIN (Romuald) : une maison bioclimatique, Document visiteur 2007

- guide-conseil, union régionale des causes des pays-de-la-l ‘oie, PDF

- guide de l’éco construction, 2006, PDF

- DIANE (Pryrot) et VICTOR (Isin) : fiche technique éco construction, PDF

- Une maison bioclimatique à très haut performance énergétique, janvier 2007

- Ptth:// www.maisonbioclimatique.blogspot.com

-Samuel Courgey et Jean-Pierre Oliva, édition Terre Vivante, la conception

bioclimatique,

L'énergie solaire dans l'habitat bioclimatique

39

CHAPITRE 02 : L'énergie solaire

dans l'habitat bioclimatique


40


41

Introduction

En architecture bioclimatique, le soleil est considéré comme Le matériau par

excellence de toute conception, on pouvant offrir confort et économie pour ses

utilisateurs. Il existe plusieurs méthodes de chauffage solaire. Chacune d’elles a des

conséquences sur l’aspect de la maison, sur la consommation de l’énergie et sur le

coût de la construction. L’utilisation de l’énergie solaire dans l’habitat peut recourir à

des techniques différentes, thermiques ou photovoltaïques. Pour le seul solaire

thermique on distingue le solaire passive et le solaire actif.1

I. LE SYSTEME SOLAIRE PASSIF

Définitions

Systèmes passifs : représentent les systèmes qui reposent sur la conception et la

construction adéquates d’un bâtiment afin d’obtenir un gain direct de chaleur solaire.

Ils n’utilisent pas d’autres sources d’énergie que les sources naturelles du soleil et du

vent

L'habitat passif

Est une notion initiée en 1990 (en Allemane) pour qualifier un bâtiment dont la

consommation énergétique au m² est très basse Elle est construite pour bénéficier au

maximum de la chaleur du soleil en raison du caractère judicieux de sa conception

(forme, orientation, répartition des ouvertures, isolation, inertie thermique,...), de la

qualité de ses composants (murs, toiture, sol, fenêtres et portes… ), les éléments de

son milieu environnant et d'une ventilation performante pour maîtriser les apports

d‘air et le degré d’humidité 2

1 M. BENAMRA (Mostefa Lamine) : Intégration des systèmes solaires photovoltaïques dans lebâtiment : Approche architecturale, Université de BISKRA, 20132 guide énergie solaire passif PDF


42

Figure 32 : Système solaire passif (source : Microsoft® Encarta® 2008. © 1993 2007 Microsoft

Corporation).

Objectifs du système solaire passif :

L’objectif principal de système solaire passif est d’arriver à un confort thermique

hivernal (chauffage), estival (climatisation) et un confort lumineux.

2. Description des principes du chauffage solaire passif :

Les fenêtres constituent l’élément principal d’un bâtiment solaire passif. Le verre à

l’intéressante propriété de laisser passer la lumière visible du soleil et de retenir à

l’intérieur du bâtiment la chaleur qui se dégage des surfaces échauffées par les rayons

du soleil ; le verre étant opaque aux grandes longueurs d’onde de rayonnement

thermique. Ce phénomène, connu sous le nom « effet de serre », est particulièrement

bénéfique pour fournir de la chaleur en hivers (c.-à-d. pendant la saison de chauffage).

Il serait trop simple de conclure qu’il suffit de mettre des fenêtres plus grandes ou

plus nombreuses pour obtenir plus de gains solaires puisque les fenêtres sont

beaucoup moins isolantes que les murs d’un bâtiment. La conception solaire passive

demande donc de trouver la meilleure combinaison de surfaces, d’orientations et de

propriétés thermiques des fenêtres pour optimiser les gains solaires et réduire les

pertes de chaleur, tout en assurant le confort des habitants.3

3 analyse de projets de chauffage solaire passif PDF p 7


42


Corporation).



















42


Corporation).



















43

Figure33 : Principe de chauffage solaire passif dans une application résidentielle au canada Source :

(analyse de projets d’énergies renouvelables PDF p5)

3. Les systèmes de captage solaire passif :

On distingue deux systèmes de captage solaire passif :

3.1. Les systèmes à gain direct :

Soleil Espace : baie vitrée, serre.

Ces systèmes sont basés sur l’aménagement d’espaces vitrés orientés vers le sud, Le

soleil pénètre directement dans l’espace, à travers les vitres et se projette directement

ou indirectement sur les parois de la pièce et sur les meubles. Cette énergie est

absorbée puis libérée sous forme de chaleur.4

Figure34 : Systèmes à gain direct

4 Mr HADDAM Muhammad Abdalkhalq Chuayb : «Application de quelques notions de la conceptionbioclimatique pour l’amélioration de la température interne d’un habitat»


44

exemple de proche de Gap

La conception de la maison est largement basée sur l’exploitation naturelle du

rayonnement solaire comme source de lumière et de chaleur. À ce titre, les baies

vitrées orientées plein sud sont les plus efficaces des capteurs solaires. L’ensemble de

la face sud est conçu de façon à laisser pénétrer les rayons du soleil le plus loin

possible à l’intérieur en hiver mais en les empêchant de rentrer l’été. Ces ouvertures

apportent l’essentiel des calories pour le chauffage de la maison.

.

Figure 35 : La baie vitrée de la maison de proche de Gap

(Source : Une maison bioclimatique à très haut performance énergétique janvier 2007)


3.2. Les systèmes à gain indirect :

Soleil masse espace : murs capteurs, serre.

Dans ces systèmes, l’énergie solaire est stockée dans une masse thermique entreposée

entre un vitrage et le local à chauffer. De par son taux d’ensoleillement en hiver

comme en été, une façade orientée vers le sud reste la plus recommandée pour la mise

en place de ces dispositifs. Parmi les systèmes développés dans ce sens figure :

a. Les serres b. Mur trombe


Les murs capteurs eux permettent de conserver un peu de chaleur pour le soir et la nuit Grâce à leur

capacité de stockage de la chaleur. Composés d’un double vitrage à faible émissivité, d’une lame d’air

de 3 cm et d’un mur de 30 cm d’épaisseur (agglos remplis de béton de chaux) teinté de couleur sombre,

ils sont denses et lourds et par

conséquent, inerties. Ils restituent la chaleur emmagasinée pendant la journée environ 5 heures plus

tard, le soir (déphasage).5

5 Mr HADDAM Muhammad Abdalkhalq Chuayb : «Application de quelques notions de la conceptionbioclimatique pour l’amélioration de la température interne d’un habitat»


45

Réfrigération solaire passive :

La réfrigération passive solaire des locaux est utilisée dans les climats chauds à

travers le monde. Même Les concepts principaux sont :

placer les fenêtres aux étages supérieurs du bâtiment afin que cette section soit

chauffée par le soleil pendant la saison chaude

ouvrir les fenêtres lorsqu’il faut refroidir le bâtiment

permettre à de l’air extérieur, plus frais, de pénétrer dans le bâtiment par le

plancher; cet air peut circuler à travers un conduit situé dans le sol de façon à

être refroidi encore plus.

fermer les autres fenêtres du bâtiment afin que seul l’air provenant du niveau

le plus bas pénètre dans le bâtiment.

L’air chauffé situé dans le haut du bâtiment est expulsé à l’extérieur de façon naturelle

et remplacé par de l‘air plus froid dans la section plus basse de la maison. En fait, cela

correspond à un effet «cheminée» dans le bâtiment. 6

4. Éclairage naturel solaire passif :

La majorité des gens préfèrent un éclairage naturel à un éclairage artificiel, de plus l’éclairage

naturel est utilisé et est apprécié dans presque chaque maison. Puisque les fenêtres à haut

rendement thermique peuvent produire un éclairage naturel à l’intérieur d’une maison

avec une faible ou aucune augmentation des coûts annuels de chauffage, la possibilité

d’accroître la lumière naturelle dans la conception des maisons est nettement plus importante.7

6 guide énergie solaire passif PDF

7 guide énergie solaire passif PDF


46

5. Chauffage solaire passif :

pour économiser plus d’énergie, ou pour une meilleure utilisation de l’énergie solaire passive,

on doit également choisir d’autres composants et concevoir le bâtiment

de façon appropriée.

Les fenêtres devraient être principalement situées du côté sud, et il devrait y en avoir le moins

possible des côtés ouest et est du bâtiment afin d’éviter le surchauffé.

II. Le système solaire actif

Les systèmes solaires actifs captent le rayonnement solaire et le transforment pour

l’utiliser, de façon propre et renouvelable à l’aide d’une installation technique. On

compte deux types d’utilisation indirecte de l’énergie solaire

le solaire thermique et photovoltaïque.

L’énergie solaire active peut donc être thermique pour chauffer l’eau chaude sanitaire

(ECS), ou photovoltaïque pour assure une production d’électricité raccordé au réseau.

L’installation et l’intégration architecturale des systèmes solaires actifs est un enjeu

important, qui posent un problème récurrent dans le cadre des autorisations

d’urbanisme, et nécessitent un soin particulier à la réalisation ainsi qu’une réflexion

préalable à la conception. Il faut donc faire en sorte que les capteurs deviennent une

partie de la composition architecturale.8

8 (Source Une maison bioclimatique à très haut performance énergétique, janvier 2007)


47

1.L’utilisation d’énergie solaire active :

1.1. Les panneaux solaires thermiques

Le système de panneau solaire thermique consiste à chauffer de l'eau à partir de

l'énergie solaire. Les panneaux solaires thermiques contiennent des capteurs

thermiques qui transforment l'énergie du soleil en chaleur. Cette eau chaude sera

ensuite utilisée de trois façons possibles :

en tant qu'eau chaude sanitaire ;

dans un système de chauffage central à eau chaude ;

dans un système combiné associant eau chaude sanitaire et chauffage central.

Les différents capteurs solaires thermiques

Les panneaux solaires thermiques sont composés de capteurs, qui absorbent la chaleurdes rayons du soleil pour chauffer l'eau sanitaire. Il existe plusieurs types de capteurssolaires thermiques :

Les capteurs à eau : la chaleur est absorbée par un liquide caloporteur, qui

circule dans des tubes munis d'ailettes. Ce sont ces ailettes qui captent la

chaleur. Il existe plusieurs types de capteurs à eau :

o les capteurs non vitrés : le liquide caloporteur est contenu dans des

tubes de plastique noir ;

o les capteurs plans vitrés : le fluide circule dans une boîte vitrée ;

o les collecteurs à tubes sous vide : le tube dans lequel circule le liquide

est placé dans un tube sous vide.

Les capteurs à air : c'est de l'air qui est chauffé lorsqu'il circule dans les

tubes. Il permet ensuite de chauffer le logement, mais est aussi utilisé à des

fins industriels.

Principe de fonctionnement du panneau solaire thermique

Le soleil chauffe le panneau renfermant des tubes dans lesquels circule un fluide

caloporteur. Ce liquide porté à haute température transmet sa chaleur à votre eau

chaude sanitaire via un échangeur de chaleur contenu dans votre boiler.Ce boiler est

spécifique au système de panneau solaire car il dispose de deux circuits, le circuit

d'alimentation en chaleur du panneau solaire et un circuit raccordé à la chaudière ou à

la pompe à chaleur. Ainsi, en cas de manque de soleil et de besoin en eau chaude


48

sanitaire, le module de gestion de votre système va automatiquement faire basculer le

circuit du boiler vers la chaudière classique ou la pompe à chaleur.

Quelle superficie de panneaux ?

Il faut environ 1,5m2 de capteurs pour produire de l'eau chaude nécessaire à

l'utilisation sanitaire pour 1 personne.9

Figures 36 : Le principe de fonctionnement d’un panneau solaire thermique

(Source Une maison bioclimatique à très haut performance énergétique, janvier 2007)

Comme exemple de proche de Gap par Romuald MARLIN (Sigoyer) :

Le chauffe-eau solaire 5 m² de capteurs plans sont reliés à un ballon de stockage de

300 litres Orientés plein sud, posés au sol et inclinés à 45°, ils produisent jusqu’à 350

9 Source Une maison bioclimatique à très haut performance énergétique, janvier 2007)


49

kWh/m² par an, ce qui permet de satisfaire environ 80% des besoins annuels en eau

chaude sanitaire.

Figures 37 : les panneaux solaires thermiques de la maison de proche de Gap

Source : Une maison bioclimatique ,2007

1.2.Les panneaux solaires photovoltaïques :

L’énergie solaire photovoltaïque provient de la conversion de la lumière du soleil en

énergie électrique au sein de matériaux semi-conducteurs composant les panneaux

photovoltaïques. Ces matériaux photosensibles libèrent des électrons sous l’influence

de l’énergie rayonnante : c’est l’effet photovoltaïque.

L’énergie transportée par les photons (composants de la lumière), est absorbée par les

électrons qui sont alors libérés. Ces électrons sont à l’origine d’un courant électrique

continu, qui est ensuite transformé en courant alternatif grâce à un onduleur.

L’électricité produite est disponible sous forme d’électricité directe ou stockée en

batteries (énergie électrique décentralisée) ou en électricité injectée dans le réseau.

Un générateur solaire photovoltaïque est composé de modules photovoltaïques eux

même composés de cellules photovoltaïques connectées entre elles.

Les performances d’une installation photovoltaïque dépendent de l’orientation des

panneaux solaires et des zones d’ensoleillement dans lesquelles ils se trouvent10

10 Source Une maison bioclimatique à très haut performance énergétique, janvier 2007)


50

Figure 38 : Le principe de fonctionnement d’un panneau solaire photovoltaïque

(Source Une maison bioclimatique à très haut performance énergétique, janvier 2007)

Comme exemple de proche de Gap par Romuald MARLIN (Sigoyer) :

L’installation photovoltaïque.10 m² de tuiles photovoltaïques est posée sur la partie du

toit orientée plein sud. La puissance totale de l’installation est de 1kWc et assure une

production de 1300 kWh électriques par an. Le courant issu de

l’installation passe d’abord par un onduleur pour être ensuite totalement injecté sur le

réseau général de distribution EDF La consommation d’électricité à l’intérieur de la

maison est réduite au minimum (2000kWh/an) grâce à des choix économes. Ainsi

environ 80% des besoins annuels en électricité sont satisfaits.

Figure 39 : Les panneaux solaires photovoltaïques de la maison de proche de Gap


51

(Source : Une maison bioclimatique ,2007)

2. La captation des rayonnements

(Source : de M.MOUMI Abdehafid, énergétique 1er année magister, 2007-2008

Figure 40 : Différentes formes de captation des rayonnements solaires )

3. Les principes d’implantation :

3.1. Les masques :

Une orientation plein sud et une inclinaison par rapport à l'horizontale proche de

45° sont idéales. L'ombrage des capteurs solaires par un autre bâtiment, par la

végétation ou par un élément proche du capteur (par exemple une cheminée ou un

acrotère), peut réduire fortement les performances de l'équipement.

D'autres inclinaisons et orientations que les valeurs idéales peuvent donc être

retenues pour éviter les ombres portées.

En cas de doute sur l’effet des ombres portées et sur l’implantation des capteurs

solaires, il est nécessaire de faire une étude de masques (à demander à l’installateur

et à l’architecte)11

Exemple de réduction de l'autonomie par la présence d'arbres au sud d'un

capteur

posé au sol, orienté plein sud et incliné à 45°.

11 Guide pour intégration architectural des capteurs solaires thermiques


52

Figure 41 : Installation du capteur PV dans un endroit masqué (Source : Guide

pour intégration architectural des capteurs solaires thermiques

3.2. Les autres contraintes techniques d’implantation :

-Pour une bonne performance des systèmes, il est nécessaire de limiter les distances

entre les capteurs, le ballon et les points de puisage.

-Les tuyauteries extérieures, ou dans des locaux non chauffés, doivent être

calorifugées.

-Assurer une bonne accessibilité aux éléments de sécurité (sondes, purges...).

-Le poids des capteurs (environ 25kg/m2 pour un capteur plan, 15kg/m2 pour des

tubes sous vide, 18kg/m2 pour des modules photovoltaïques), les risques de prise au

vent, l’état des composants qui accueilleront l’installation sont autant d’élément qui


53

doivent être pris en compte dans le cadre d’installation prévue pour fonctionner 20 à

30 ans12

Les types d’implantation :

Les capteurs doivent impérativement avoir le compromis entre l’inclinaison et

l’orientation.

1-Pour le besoin en eau chaude sanitaire (ECS), l’inclinaison optimale étant de 45°

2-Pour le système solaire combiné (eau chaude et chauffage), l’inclinaison optimale est

de 60°, puisqu’il est essentiel de favoriser l’ensoleillement d’hiver, bas dans le ciel, les

capteurs doivent impérativement être fortement inclinés, comme il est possible de les

orienter entre 45 et

90. l’orientation optimale est au plein sud, avec possibilité au sud ±30°.

3-Pour le photovoltaïque, une inclinaison de 30°, avec possibilité d’aller entre 0° et 60°,

c’est l’ensoleillement d’été qui sera prioritaire (saison de haute consommation de

l’énergie électrique) pour maximiser la production surtout dans le cas où notre installation

est raccordée au réseau. Une orientation optimale est toujours vers le Sud, et possible

d’aller en Est et en Ouest.13

Comment obtenir un bon compromis entre performance énergétiques intégration architecturale

12 Source : Guide régional pour l’intégration architecturale des capteurs solaires)13 Source : Guide régional pour l’intégration architecturale des capteurs solaires)


54

3.3. Les capteurs en toiture inclinée :

Capteur suivant la pente de la toiture :

- Pente faible favorise les gains entre Mars et Octobre. Solution idéale pour le

Photovoltaïque.

Figure 42 : Installation du capteur sur une toiture de faible inclinaison

- (Source : M. BENAMRA (Mostefa Lamine) : Intégration des systèmes solaires photovoltaïques

dans le bâtiment : Approche architecturale, Université de BISKRA, 2013)

- Pente forte, optimise les gains énergétiques durant toute l’année. Solution idéale pour

Chauffage

Figure 43 :Installation du capteur sur une toiture à forte inclinaison

(Source : M. BENAMRA (Mostefa Lamine) : Intégration des systèmes solaires

photovoltaïques dans le bâtiment : Approche architecturale, Université de BISKRA, 2013)


55

Capteurs en couverture de proche ou véranda. Une intégration naturelle dans le volume

d’un élément architectural

Figure 44 :Installation du capteur sur un volume du bâtiment.

(Source : M. BENAMRA (Mostefa Lamine) : Intégration des systèmes solaires photovoltaïques dans

le bâtiment : Approche architecturale, Université de BISKRA, 2013)

Afin de réussir une intégration, on veille à respecter quelques bases :

- Aligner le champ de capteurs avec les éléments constitutifs du bâtiment (baies vitrées,

arches).

Figure 45 :Installation du capteur sur une toiture inclinée respectant l’axe de la fenêtreSource : M. BENAMRA (Mostefa Lamine) : Intégration des systèmes solaires photovoltaïques dans

le bâtiment : Approche architecturale, Université de BISKRA,

- Privilégier une incorporation des capteurs dans la toiture.


56

Figure 46 : Intégration du capteur sur une partie de la toiture en pente d’un bâtimentSource : M. BENAMRA (Mostefa Lamine) : Intégration des systèmes solaires photovoltaïques dans le

bâtiment : Approche architecturale, Université de BISKRA, 2013)

- Intégrer soigneusement les passages des câbles ou tuyauteries.

Figure 47 : Intégration des systèmes et accessoires du capteur sur une toiture en pente

Source : M. BENAMRA (Mostefa Lamine) : Intégration des systèmes solaires photovoltaïques dans le

bâtiment : Approche architecturale, Université de BISKRA, 2013)

Pour une construction neuve, si on a besoin de grandes surfaces de capteurs pour

chauffage, eau chaude collective ou photovoltaïques, il est possible d’adapter le plus

possible la taille du champ de capteurs pour couvrir l’intégralité d’un pan de toiture.


57

Si la surface de toiture dépasse celle des capteurs, on pourrait compléter la différence

restante par l’ajout d’un bac acier, d’un complexe d’étanchéité, d’un vitrage sans

absorbeur, dans l’objectif d’éviter un contraste trop marqué entre une grande surface

vitrée et une petite surface de tuiles.

Figure 48 : Mode d’intégration du capteur sur une partie d’une toiture en pente

(Source : Guide régional pour l’intégration architecturale des capteurs solaires)

3.4.Les capteurs dans les façades :

-En Gard corps

Figure 49 : Intégration des capteurs solaires sur les gardes corps

(Source : Guide régional pour l’intégration architecturale des capteurs solaires

En allège


58

Figure 50 : Intégration des capteurs solaires sur les allèges


Figure 51 : Intégration des capteurs solaires en avant et brise soleil sur les ouvertures


- Capteurs comme élément de la paroi verticale, structurant l’organisation architecturale

de la façade.

Figure 52 :Intégration des capteurs solaire sur la façade en homogénéité avec les

ouvertures (Source : Guide régional pour l’intégration architecturale des capteurs solaires)

- Constituant un auvent sur la façade, comme en couverture d’une proche ou véranda


59

Figure 53 : Intégration des capteurs solaires sur la toiture d’une véranda ou la serre


En façade, on profite des décrochements pour que les capteurs prennent place

naturellement, les allèges, gardes corps et vérandas, nous offrant ainsi plus

d’alternatives d’intégration. Le capteur impose sa présence comme élément structurant

de la façade et devient une partie de l’architecture.

3.5.Les capteurs en toiture terrasse :

Généralement on utilise cette solution dans le collectif, mais peu de réussite en

intégration.

Les capteurs sont disposés sur un châssis dont l’orientation et l’inclinaison auront été

optimisées en fonction de l’usage :

- À reculer suffisamment les capteurs de l’acrotère afin de limiter l’impact visuel pour les

passants.

- Si on n’a pas d’acrotère, on doit les implanter de telle façon à respecter la symétrie avec

les composantes du bâtiment.

- L’accrochage doit être conforme avec les directives techniques, pour résister aux

intempéries (neige et vent), et préserver l’étanchéité.

- Prévoir un habillage latéral pour masquer la structure métallique.


60

Figure 54 : Installation des capteurs solaire sur toiture terrasse


3.6.Les capteurs sur paroi verticale :

Il est possible d’intégrer des capteurs en façades (à 90°) pour nos besoins en eau chaude,

le chauffage, et la production d’électricité, avec une orientation en plein sud, si on

d’éloigne la perte de rendement devient importante.

Cette solution est préconisée dans le cas d’une toiture orientée Est-Ouest, et comme il

est peu esthétique, il est préférable que les capteurs aient une double fonction.

Figure 55 :Exemple d’installation des capteurs solaires sur la façade comme composant

architectural

(Source Guide régional pour l’intégration architecturale des capteurs solaires)

a. Capteurs en allèges, auvent, garde-corps, brise soleil :


61

En allège, on peut intégrer le capteur sous une fenêtre, en auvent pour protéger le

proche de la maison, ou en garde-corps pour un balcon, il peut avoir le rôle de brise

soleil pour améliorer le confort d’été.

Figure 56 :Exemple d’installation des capteurs solaires en auvent d’une entrée ou brise

soleil


a. Capteurs en couverture de décrochements de façades ou vérandas :

Une intégration recommandée est celle de la couverture d’un d’écorchement de façade.

L’inclinaison est préservée, l’orientation bien choisie permet un ensoleillement

maximum, donc il est naturellement intégré dans le volume architectural.

Figure 57 :Exemple d’installation des capteurs solaires sur un volume du bâtiment


62

(Source : Panneaux solaires, Recommandations paysagères et architecturales pour une

meilleure intégration)

3.7. Les capteurs hors bâtiments

a. Capteurs au sol :

Les capteurs peuvent être implantés sur talus, il est nécessaire de les protéger des

salissures pouvant diminuer leur rendement. C’est une pose très simple permettent

d’obtenir l’angle.

Figure 58 : Exemple d’installation des capteurs solaire sur le sol.


D’inclinaison optimale du capteur, qui peut influer sur le rendement des capteurs après

d’éventuelles poussées de la végétation lui causant des masques.

b. Capteur sur indépendance :

Les capteurs solaires peuvent trouvent leur place naturellement comme éléments de

composition des

annexes de l’habitation, et qui devront être proches du bâtiment principal (serres,

garages, abris etc.)


63

Figure 59 : Exemple d’installation des capteurs solaires sur une dépendance


Conclusion :

L’utilisation de l’énergie solaire dans l’habitat peut recouvrir à des techniques différentes,

thermiques ou photovoltaïques. Pour le seul solaire thermique on distingue le solaire

passif et le solaire actif.


64

Bibliographie du chapitre 02 :

- M. BENAMRA (Mostefa Lamine) : Intégration des systèmes solaires

photovoltaïques dans le bâtiment : Approche architecturale, Université de BISKRA,

2013

- Mr. IMESSAD K (CDER, Bouzareah) : Le chauffage Solaire Passif dans l’Habitat

UNE MAISON BIOCLIMATIQUE à très haute performance énergétique PDF

- guide énergie solaire passif PDF

- analyse de projets de chauffage solaire passif

- conseil général ALPES-MARITIMES (intégration architecturale des panneaux

solaires).

- Guide régional pour l’intégration architecturale des capteurs solaires, édition

ADEME (agence de l’environnement et de la maitrise de l’énergie), délégation

régionale, Languedoc-Roussillon

- Panneaux solaires, Recommandations paysagères et architecturales pour une

meilleure intégration.


65

CHAPITRE 03: Serre solaire et mur

trombe


66


67

Introduction

La conception bioclimatique a pour objectif d'améliorer le confort qu'un espace bâti peut

induire de manière naturelle.

Elle permet de réduire le recours aux énergies non renouvelables et les coûts

d'investissement et de fonctionnement, à l'échelle d'un bâtiment comme à celle d'un quartier.

Elle ne se résume pas à la juxtaposition de techniques pour satisfaire les exigences

réglementaires, mais cherche à intégrer judicieusement les dispositifs architecturaux dès la

conception tout en adaptant le projet à son environnement.

S'approprier les connaissances scientifiques et comprendre les phénomènes en jeu permet de

mettre en adéquation la conception et la construction d'un bâtiment avec le climat,

l'environnement et le mode de vie des usagers.1

1.Définition de captage solaire

Le capteur solaire est une composante de base pour la plupart des équipements solaires ; est

un dispositif destiné à absorber des rayons du soleil pour les convertir en énergie solaire.2

2 .Les types de captage solaire

Les solutions techniques pour capter les rayonnes :

Les serres solaires.

Les murs capteurs (les murs trombes).

Les puits canadiens.

Les vérandas

1 Pierre Fernandez et pierre Lavigne , Concevoir des bâtiments bioclimatiquesFondements et méthodes, PDF2 http://www.clipsol.com/lenergie-solaire/tout-savoir-le-capteur-solaire/


68

I. serres

1. 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.3

Figure 60: Exemple d’utilisation de serre solaire dans l’habitat

(Source : la conception bioclimatiques des maisons confortable et économes Samuel courgey

et jean pierre Oliva)

3 Samuel Courgey et Jean-Pierre Oliva, édition Terre Vivante, la conception bioclimatique, page 143.


69

2. 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

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 par

les 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.

Figure 61: Schéma de fonctionnement de la serre en hiver .



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».4

4Ageden –énergie renouvelables en Isère, Les serres et la véranda bioclimatiques, page2, PDF.


70

.

Figure 62: Schéma de fonctionnement de la serre en été.

(Source : la conception bioclimatiques des maisons confortable et économes Samuel courgey et

jean pierre Oliva)

Enfin, la serre bioclimatique sera mise a profit a différents périodes de l’année pour

améliorée l’efficacité du système de ventilation :

Préchauffage de l’air en période froide

Contribution a la sur ventilation nocturne en été

Figure 63: 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)


71

Figure 64: Le concept de la serre solaire en nuit



3. conception de la serre comme un espace habitable

La serre est un espace de vie. Dès que le soleil apparaît, on peut s’y tenir en demi-saison

aussi bien qu’en hiver. Les plantes méditerranéennes s’y plaisent comme dans une orangerie.

En résumé, la serre est un espace de vie saisonnier qui sert de production de chaleur en

même temps que le préchauffage de l’air neuf et d’espace tampon qui atténue les

déperditions nocturnes ou hivernales.5

Exemple :

Habitat groupé bioclimatique - Saint-André-des-Eaux

Projet de construction écologique conçu par Rachel Garnaud

Figure 65: Exemple Habitat groupé bioclimatique - Saint-André-des-Eaux



Le projet se compose de deux maisons jumelles, de formes compactes pour limiter le

coût et les déperditions thermiques. Une isolation renforcée en laine de bois de qualité, posée

par l'extérieur, limite les ponts thermiques.



72

L'orientation nord-sud:

Les pièces à vivre sont volontairement tournées au sud vers des terrains plantés de maïs. La

façade sud est équipée de grandes baies créant une continuité avec le jardin. On favorise

ainsi un maximum d'apports solaires l'hiver pour remplacer le chauffage et l'été les arbres

servent de protection.

La façade nord quant à elle est traitée comme un écran, très peu ouverte, accueillant

plutôt les espaces de services (cuisine, rangement, SDB).6

Figure 66: Exemple d’utilisation Habitat groupé bioclimatique - Saint-André-des-Eaux



4. typologie et dimensionnement des serres

6 http://www.architectes-nantes.com/projets/habitat-groupe-bioclimatique-44-1800.html


73

Une serre correctement conçue et orientée doit assurer une partie du chauffage du bâtiment.

Mais la qualité de la chaleur fournie dépend de nombreux paramètre. Certains sont communs

à tous les systèmes de captage solaire (l’altitude, climat, ensoleillement, orientation …)

Orientation

L'orientation optimale d'une serre est plein sud, néanmoins un écart de plus ou moins 20° ne

modifie que modérément (-5%) la performance de captage (capacité de la serre à intercepter le

rayonnement solaire).7

Figure 67: l’orientation de la serre dans un bâtiment



L’intégration de la serre au bâti

3 principaux types d'intégration sont à étudier :

Légende : Maison serre Nord

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. L'été, il est source de fortes surchauffes.8

7 Samuel Courgey et Jean-Pierre Oliva, édition Terre Vivante, la conception bioclimatique, page 148.8 Ageden –énergie renouvelables en Isère, Les serres et la véranda bioclimatiques, page 3, PDF.


74

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.

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 la

serre et l'habitation sont maximales.9

9 Ageden –énergie renouvelables en Isère, Les serres et la véranda bioclimatiques, page 3, PDF


75

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.

5. Les formes des serres

5.1. Serre baie vitrée

Intégrée au mur de façade avec une surface de vitrage importante.

5.2. Serre accolée

Espace rajouté au bâtiment avec un volume indépendant, peut être considéré comme

Espace tampon on véranda d’hiver.

5.3. Serre intégrée au bâtiment

Espace du bâtiment, qui pourrait être au milieu, dans un coté, ou en étage, son volume

Est simple et peut être marié au volume du bâtiment, mais réalisé en matériau différent

Et léger (verre).

5.4 Serre enveloppe

Mur capteur associe d’une isolation mobile qu’on manipule quotidiennement le jour du coté

intérieur, la nuit du coté extérieur pour éliminer les déperditions thermiques. En résumé, la

serre est un espace de vie saisonnier qui sert de production de chaleur en même temps que le

préchauffage de l’air neuf et d’espace tampon qui atténue les déperditions nocturnes ou

hivernales.10



76

6. serre et ventilation

La ventilation de la serre est nécessaire pour qu'elle joue son rôle d'échangeur thermique.

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).

Figure 68: la ventilation de la serre en hiver



L’été

o 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) La

ventilation de l'espace habité se fera par le système de ventilation principal de la maison,

avec un air neuf entrant qui ne sera pas passé préalablement par la serre.11



77

Figure 69: la ventilation de la serre en été (jour)



o 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. 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 ».12

Figure 70: la ventilation de la serre en été (nuit)





78

II .Mur trombe

1. Définition de mur trombe :

Définition de mur trombe selon Wikipédia :

Le mur trombe est un mur plein (béton, pierre...), de couleur sombre (mat), exposé au sud

(dans l'hémisphère nord), devant lequel on dispose un vitrage. Ce vitrage piège la chaleur du

soleil qui se propage et s'accumule dans la maçonnerie.13

Définition de mur trombe selon samuel Courgey et jean pierre Oliva ;

Le mur trombe est un mur capteur qui comporte, dans sa partie basse et dans sa partie haute,

des orifices de communication entre l’espace de vie et la lame d’air comprise entre vitrage et

surface réceptrice.14

Donc

Un mur Trombe bien conçu peut couvrir une bonne partie des besoins de chauffage d’un

logement. Ce type d’installation n’a pourtant pas la faveur des architectes et des propriétaires

de logement passif, car la couleur sombre de ce mur aveugle se marie rarement avec les

styles régionaux.

On préfère souvent mieux valoriser la façade sud.

Figure 71: façade sud de principe de la maison


13 https://fr.wikipedia.org/wiki/Mur_Trombe14 Samuel Courgey et Jean-Pierre Oliva, édition Terre Vivante, la conception bioclimatique, page 138.


79

Exemple : maison odeillo (Cerdagne)

Figure 72: Maison odeillo (Cerdagne J –F.Tricaud)

(Source : la conception bioclimatiques des maisons confortable et économes Samuel courgeyet jean pierre Oliva

Cette maison de 200 m² habitable est équipée sur sa façade sud de 54m² de murs

trombe repartis en plusieurs groupes de tailles et de dispositions différents selon les espaces

attenants a chauffer. la partie centrale inclinée a 70, fonctionne principalement par

convection directe, le mur étant couvert d’un capteur a eau ce circuit d’eau fournit l’eau

chaude sanitaire et alimente un grand radiateur situe sur le paroi nord de la grande pièce de

jour ce système présente en outre le double avantage de réduire les surchauffes en été et

d’empêcher le gel du circuit d’eau en hiver15.

2. Principe de fonctionnement

2.1. Fonctionnement pendant l’été :

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 un

parascolaire qui empêche le chauffage de la paroi par l’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.16


16 MARIA (Lopez diaz) : (AITRISE DES AMBIANCES 3 THERMIQUES) Cours 6 décembre 2013,page3.


80

Figure 73: Stratégie du froid (été) pour éviter la climmat

(Source : MARIA (Lopez diaz) : (AITRISE DES AMBIANCES 3 THERMIQUES) Cours 6

décembre) 2013

2.2. 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 la

température extérieure est la plus faible.17

17 MARIA (Lopez diaz) : (AITRISE DES AMBIANCES 3 THERMIQUES) Cours 6 décembre 2013,page4.


81

Figure 74: Stratégie du chaud (hiver)

Source : MARIA (Lopez diaz) : (AITRISE DES AMBIANCES 3 THERMIQUES) Cours 6

décembre 2013)

Figure 75: La stratégie de mur trombe en été et hiver

Source : MARIA (Lopez diaz) : (AITRISE DES AMBIANCES 3 THERMIQUES) Cours 6

décembre 2013


82

3.Les matériaux et les épaisseurs des murs

Les matériaux répartis en différentes couches jouent les rôles suivants :

a) le mur porteur (béton chanvre) ,16 cm

b) le canal d’air chaud, film séparant les deux circuits et permettant de préchauffer l’air de

Renouvellement : 6 cm

c) le canal d’air froid qui est chauffé par le Soleil par radiation ou effet de serre :

6 cm d) la paroi de séparation (plâtre) : 1,5 cm

e) la paroi échange (aluminium) : 0.2 cm

f) utilisé en maçonnerie a les caractéristiques moyennes suivantes :

Chaleur spécifique Cp : 0,24 Wh/kg. °C

Masse volumique § : 2300 kg/m3

Conductivité thermique : 1,75 w/m) la vitre : 6 cm18

Table 1: Caractéristique des différentes couches d'un mur trombe.

(Source : MARIA (Lopez diaz) : (AITRISE DES AMBIANCES 3 THERMIQUES) Cours 6

décembre 2013)

18 Les grands guides leroy merline ,construire et rénover sa maison 2007.


83

conclusion

La maison bioclimatique est une symbiose entre le bâtiment, le bien être de son occupant, et

le respect de l ‘environnement.

Ce type d’architecture permet au bâtiment de moins consommer d’énergie, que ce soit pour

le chauffage en période froide, le rafraîchissement en période chaude, la ventilation,

l’éclairage du bâtiment.

Dans l’étude qui a été présentée le mur trombe et serre paraît comme une solution

intéressante pour l’économie de l’énergie.


84

Bibliographie du chapitre 03 :

- M. Hamdani : Étude des Performances Thermiques d’un Mur Trombe, étude 2010

- GROBE (Carsten) : Construire une maison passive, Conception, Physique de la

Construction, Détails de construction, Rentabilité. L'inédite. 2008. 148 pages

- MARIA (Lopez diaz) : (AITRISE DES AMBIANCES 3 THERMIQUES) Cours 6

décembre 2013

- Louise( Ranck) :Maison écologique , livre ayrolles

- M. BENAMRA (Mostefa Lamine) : Intégration des systèmes solaires photovoltaïques

dans le bâtiment : Approche architecturale, Université de BISKRA, 2013

- Pierre (Amet) : Projet Serre solaire active et passive de culture potagère pour usage en

zone de montagne, APPER France

- guide de l’éco construction, 2006, PDF

- Samuel Courgey et Jean-Pierre Oliva, édition Terre Vivante, la conception bioclimatique,


85



86

Les exemples

Exemple 01 : 140 logement sociaux participatif

01. Situation du projet par rapport au POS A:

Le projet est d’uneforme presquerectangulaire,composée de 3

unitésd’habitation a

collées qui prendsdeux formes detrapèzes une de

rectangle.La surface:1,5 ha

LES 140 LOGS:


86

Les exemples







LES 140 LOGS:


86

Les exemples







LES 140 LOGS:


87

02. L’environnement immédiat

COMPLEXESPORTIF

100 LOG S.H 100 LOG DJARMAN

140 LOGAMOUKRAN

LOG URBACO

L'ancien évitement du RN 10

Le terrain est limitépar :

Le site se situe dans le POS 7

Nord: 100 LOG S.H100LOG DJARMAN

Sud: L'ancienévitement du RN10

est

ouest

COMPLEXESPORTIF

140 LOGAMOUKRANLOG URBACO

03. Les limites du terrain

Le projet est d’une formepresque rectangulaire,composée de 3 unités

d’habitation a collées quiprends deux formes de

trapèzes une de rectangle.

La surface:1,5 ha

L'ancien évitement du RN 10

Voie principale

Voie secondaire

Voie tertiaire

Limites de terrain

N


88

04. Espace extérieur

On remarque que :Le projet (espace bâti )occupepresque 20 % tant que l’espacenon bâti représente 80% de lasurface totale du terrain

La surface bâti: 3000m²La surface non bâti :147000m²

La présence des espaces vertsMais dans un état dégradé etmal traité

N

05. Les parkings

Les parkings

On remarque que lesparkings sontAménagés face a la façadeprincipaleEt prés des aires de jeux etPlacette


89

06. Les données physiques

En Eté

En Hiver

6.1.L’ensoleillement

On remarque que lapartie nord

Du terrain est malensoleillé

6.2.Les vents:

en été(NE)

en hiver (NO)


90

07. Les accès du terrain

Accès au terrain

N

Le terraind’intervention estaccessible de 07cotés dont ses

derniers sont jumelésentre piétonnes et

mécaniques

8. L’analyse architecturale

F3 F4

La disposition descellules:

F F4F3

CE

CELLULE BARRE

La taille moyenne d’unlogement est de l’ordrede 75,00 m2 habitable,

la répartition deslogements par taille est

arrêtée comme suit :50% : F3 et 50% : F4


91

9. l’organisation des cellules

dégagement

Principe de conception:

Les espaces de chaqueappartement sont

distribué autourd’ un couloire.

oLa circulation verticaleest suffisante par une

cage bien implanté avecdes dimensions

suffisante.

oL’extériorisé desescaliers pour marquer

l’entrée et le bonéclairage. Entrée principal

Cage d’escalier

principe circulation

L’absence d’un sas au niveaude l’entrée l’absence de

l’intimité familiale.

10. Confort thermique

Espace chaud

Espace froid

On remarque quela partie sud est

plus chaude en étéet la partie nordest plus froide en

hiver

10.1 L’ensoleillement


92

10.2.les vents dominants

en été(NE)

en hiver (NO)

On remarque que lesvents dominantsfroid touchent la

partie nord –ouesttandis Que les vents

dominants chaudtouchent la façade

Aveugle du bâtiment.

Espace sec

Espace humide

Humide et sec:

Legends:

On remarque que lesparoisDe la partie humideProvoque avec letempsDes dégradationimportantes qui du al’inconfort visuel

10.3.Humidité


93

10.4.La Température

- En été

Espace chaud

Bloc BARRE

DANS LES DEUX BLOCSla partie sud –EST et ESTsont très chaud (30°)

- En hiver

DANS LES DEUX BLOCSla partie NORD et NORD -

OUEST sont très froides(22°)

Espace froid

11. Confort aéraulique

Air frais

Air usée

Bloc barre

On remarque que l’air fraisentre de la façade est et l’airusée sort de la façade ouest


94

12. Jour et nuit:

Espaces nuit

Legends:

Espace jour

On remarqueque les espacesJour sont lessemi privécommeLa cuisine et leséjourTandis que lesespaces nuitSont les plusprivés

13. Organigramme Spatial de cellule barre

Relation forte

Relation moyenne

Relation faibleext

chambre

chambre

service

séjour

cuisineWC

service

SDB

Couloir

chambre


95

14. Organigramme fonctionnel

Relation direct

Relation indirect

EXT

DORMIR

Service

SEJOURNER

CUISSONET PréparerDES REPAS

Service

DORMIR

DORMIR

SOULAGER ET SELAVER

COULOIR

15. Analyse architecturale des façades

Le jeux surfaciqueau niveau de la

clôture

Utilisation du claustraau niveau de la cage

d’escalier

Terrasse plat

Le manque deséléments

architectoniques


96

Façade répétitifrythmique

le Manque du jeuxde volume

Du a lastandardisation dumodèle C.A.D c’estdes façades typique.

Façade symétrique

Balcon au fer forgé duR.D.C jusqu’ au

dernier étage

Utilisation de mêmetype des fenêtres

16. L’analyse architecturale

F3=70m2

F3=80m2

La disposition des cellules:

F4

F3

CE

CELLULE ENGLE

L’utilisation de02 logements

parpalier avec 02

différents typesF3, F4


97

17. l’organisation des cellules

dégagement

Principe de conception:

Les espaces de chaqueappartement sont

distribué autourd’ un couloire.

oL’extériorisé des escalierspour marquer l’entrée et le

bon éclairage.

Entrée principal

Principe de circulation:

L’absence d’un sas au niveaude l’entrée l’absence de

l’intimité familiale.

L’utilisation de système decouloir centrale qui distribuer

toutes les pièces deslogements

Cage d’escalier

18. Confort thermique

Espace chaud

Espace froid

18.1.L’ensoleillement

On remarque quela partie sud est

plus chaude en étéet la partie nordest plus froide en

hiver


98

18.2.les vents dominants

en été(NE)

en hiver (NO)

On remarque que lesvents dominants

froid touchent la partienord –ouest tandis Que

les vents dominantschaud touchent la façade

nord-ouest

Espace sec

Espace humide

Humide et sec:

Legends:

On remarque que lesparoisDe la partie humideProvoque avec letempsDes dégradationimportantes qui du al’inconfort visuel

18.3.humidité


99

18.4.La Température

- En été

Espace chaud

Bloc BARRE

DANS LES DEUX BLOCSla partie sud –EST et ESTsont très chaud (30°)

- En hiver

DANS LES DEUX BLOCSla partie NORD et NORD -

OUEST sont très froides(22°)

Espace froid

19. Confort aéraulique

Confort aéraulique

Air frais

Air usée Bloc angle

On remarque que l’air frais entrede la façade est et l’air usée sort

de la façade ouest


100

20. Les jours et les nuits

Espaces nuit

Legends:Espace jour

On remarqueque les espacesJour sont lessemi privécommeLa cuisine et leséjourTandis que lesespaces nuitSont les plusprivés

21. Organigramme Spatial de cellule angle

Relation forte Relation moyenneRelation faible

ext

chambre

chambre

service

séjour

cuisine

WC

service

chambre

SDB

COULOIr


101

22. Organigramme fonctionnel

EXT

DORMIR

DORMIR

Service

SEJOURNER

CUISSON ETPréparer DES

REPAS

Service

DORMIR

COULOIr

SOULAGER ET SELAVER

Relation directRelation indirect

Synthèse

On synthétise que le mode de vie de la famille algérienne nes’adapte pas a ce genre de construction ce qui impliquel’existence des problèmes suivants:

L’insuffisance de la surface habitable des différents espaces:

- la surface de la cuisine est très réduite, par conséquentempêche la famille de faire plusieurs activités (confection etcuisson de la galette, faire la couscous)

- manque des pièces de rangement, incite les familles àsupprimer les balcons et les séchoirs.

- La réduction de la surface des chambres.


102

Exemple 02 : habitat individuel eplf

Situation du projetLe quartier du EPLF (d’habitat individuel planifier):est approximativement au centre de la ville d’Oum El Bouaghi

•La forme :

Telle qu’on le voit sur le plan de masse le terrain est rectangulaire avec une superficie de41461.618m2


103

3.Accessibilité :

1

2

1 : voie principale2 :voie secondaire

Emplacement


104

Espace chaud Espace froid

Confort thermique:L’ensoleillement:

On remarque que la partie sudest plus chaude en été et la

partie nord est plus froide enhiver

•RDC en remarque éclairage au sien d’escalieruniquement

•RDC

Confort thermique:

les vents dominants:

en été(NE)

en hiver (NO)

On remarque que lesvents dominants

froid touchent la partienord –ouest tandis Que

les vents dominantschaud touchent la façade

Aveugle du bâtiment.


105

Espacesnuit

Jour et nuit:

Legends:Espace

jour

On remarque quegénéralement tout lesespaces Jour en situesdans le RDC

Utilisation de la faïencepour les murs de cuisines etles sanitaires

On remarque une mauvaises orientationspour les chambres , éclairage au sien

d’escalier uniquement


106

Espacesnuit

Jour et nuit:

Legends:Espace

jour

On remarque quegénéralement tout lesespaces Jour en situesdans le RDC

Une bon orientation cas a travers cette simulation en vois que la pénétration solaire aplus de 4h cella nous permet d’avoir une stratégie passives efficace


107

Analyse des baiesRapport plein et videPlein =82.116 vide = 9.242

Les protections

Inexistante de protectionsolaire . Une bon orientation cas a travers cette

simulation en vois que la pénétration solaire aplus de 4h cella nous permet d’avoir unestratégie passives efficace


108

La facade :La façade type montre clairement qu’il y a un espace réservé au jardin, espace pour legaragela facade constitue a trois fenetres, deux porte-à-faux, la porte de garage………….etc .

Le manque des élémentsarchitectoniques

Utilisation de même type des fenêtres

Façade répétitifrythmique


109

Les matériaux de construction :• Ils sont utilisés sont :

• le béton armé pour la construction.

• Le bois pour les fenêtres et les portes.

• Le métal pour les portes extérieur ( la porte de l’entrée et la porte de garage )et utilise aussi ces matériaux dans garde corpe de l’ escaliers

• le céramique et la fayans dans la salle de bain et loillet

• la faïence pour la cuisine et hall et le couloire.

• utilisent aussi la dalle de sol pour toute les de maison


110

Synthèse:

•le mode de vie de la famille algérienne ne s’adapte pas a ce genre deconstruction ce qui généré nombre de problèmes a savoir :une mauvais orientation des espaces de la maison:-éclairage au sien d’escalier uniquement .-Inexistante de protection solaire .- une mauvais isolations des murs extérieures qui provoque des problèmesacoustique .-Un forte de consommations éclectique a cause de sa maison en brique estinconfortable donc on n’ai besoin d’un chauffage d’appoint .-Le manque des éléments architectoniques.-Façade répétitif rythmique .Mais aussi il ya des point forte dans ce terrain :-Le site est bien desservie .-Bonne emplacement de terrain .-La suffisance des surfaces de maison .


110

Synthèse:



110

Synthèse:


Conclusion générale

111



112


Le solaire participe à tous les mouvements naturels qui se déroulent autour de la terre,

soit pour la poussée des différentes végétations et leur séchage pour être une source

d’énergie en bois et charbon. Soit pour l’évaporation des mers et océans, soit pour une

lente dégradation bactériologique d’organismes aquatiques végétaux et animaux et

s’accumuler pour des millions d’année au cœur de la terre qui vont se convertir en

pétrole et gaz dits sources fossiles, non renouvelables.

Toutes ces sources font part d’une exploitation indirecte de l’énergie solaire stockée

par des différents modes de captages.

Et suit à l’utilisation des sources d’énergie fossiles et leur effet nuisible sur

L’environnement, la recherche d’autres alternatives énergétiques de remplacement est

imminente. De ce fait le solaire est le plus pratique, pour produire l’électricité par la

technologie photovoltaïque. Il faut reconnaitre que cette dernière présente un certain

nombre d’inconvénients, d’une part, le rendement des modules n’est pas tout à fait

optimal et dépend de nombreux facteurs (orientation, inclinaison, conditions

climatiques, etc.), et d’autre part le photovoltaïque requiert de la haute technologie et

demande donc des investissements importants, essentiellement en matière de

production.

D’après les informations recueillies de la recherche théorique, la plupart des

chercheurs et

installateurs considèrent que :

Les conditions climatiques influentes sur le rendement des capteurs soit

thermique et photovoltaïque.

La haute température influe sur l’efficacité des capteurs photovoltaïques en

abaissant sa production.

L’orientation optimale est toujours en plein Sud, avec possibilité d’orienter en

Sud-est et Sud-ouest de 30°

L’inclinaison des capteurs dépend du besoin du quotidien, elle est considérée

comme optimale avec : l’attitude +10°.

L’intégration des capteurs au bâtiment démontre une grande liberté,

nécessitant juste une réflexion pour assurer son homogénéité et son esthétique à

travers ses éléments construction (verrière, façade vitrées, élément de toiture,

etc.).il remplace ainsi des éléments de la construction standard en conférant à la


113

réalisation finale une qualité esthétique certaine. Des capteurs peuvent être de

caractère multifonctionnel pour produire l’électricité (photovoltaïque) et

contribuer au chauffage du bâtiment par récupération de la chaleur.

En effet le solaire représente une solution parmi d’autres pour répondre à la fois à la

consommation énergétique importante de nos bâtiment et au danger que peut

représenter une telle consommation sur notre environnement (émission de CO2,

déchets nucléaires, etc.) sera- t-il, à long terme, une réelle solution écologique et

économique ? Certains paramètres nous le font espérer. Cependant, il reste beaucoup

de choses à accomplir au niveau technique et des intégrations sont toujours présentes

pour affirmer que le solaire possède un réel avenir.


114

GLOSSAIRE

Bioclimatique : architecture prenant en compte le climat dans lequel l’édifice est

construit pour tirer partie des apports solaires passifs et de la luminosité naturelle

permettant de réaliser des économies d’énergie.

Coefficient de conductivité thermique : coefficient qui caractérise la capacité d’un

matériau à conduire plus au moins la chaleur. Plus le coefficient est bas, plus le

matériau est isolant. Désigne par la lettre λ, il s’exprime en W/m.°C ou en W/ms.

Confort d’été : aptitude de la maison a conserver la fraicheur en été.

Confort d’hiver : aptitude de la maison a conservé la chaleur en hiver.

Convection : transfert de chaleur par mouvement d’air.

Inertie thermique : potentiel de stockage de la chaleur ou de la fraicheur d’un

bâtiment ou d’un local. Les constructions a forte inertie conservent une température

stable et se réchauffent ou se refroidissent très lentement alors que celles a faible

inertie suivent sans amortissement ni retard les fluctuations de température. On parle

d’inertie de transmission pour les parois soumises à l’exposition solaire et d’inertie

d’absorption pour les parois internes ou périphériques.

Microcentrale : installation hydroélectrique transformant l’énergie hydraulique en

énergie électrique dont la puissance n’excède pas 12 MW.

Pont thermique : rupture de continuité dans l’étanchéité d’une paroi entrainant des

déperditions thermiques.

Resistance thermique : capacité d’un produit a conserver la chaleur. Elle est fonction

de son coefficient de conductivité thermique et de son épaisseur. Plus elle est élevée,

plus le produit est isolant. Désignée par la lettre R, elle s’exprime en m2. °C/W ou en

m2.K/W.

Systèmes actifs : technologies (panneaux solaires par exemple) permettant d’utiliser

les apports solaires pour chauffer l’eau chaude sanitaire ou la maison elle-même.

Systèmes passifs : équipements permettant de profiter naturellement des apports

solaires telles que les fenêtres et les baies vitrées qui réchauffent l’environnement

intérieur. Aucun autre fluide que l’air n’est n’utilise pour tirer partie de la chaleur

récupérée grâce aux vitrages.

La serre solaire : Elle est à considérer comme un système technique et non Comme

un espace habitable. Elle possède plusieurs fonctions : système de Rafraîchissement


115

en été, espace tampon et captage solaire en hiver. Le dimensionnement,

l'emplacement, les protections et l'architecture de la serre doivent être étudiés

précisément. Les auteurs donnent quelques principes de base

Le puits canadien : L'air destiné à la ventilation des locaux passe dans un conduit

enterré à 90 cm de profondeur Avant d'être insuffle dans le bâtiment. A cette

profondeur la température du sol est beaucoup plus stable que celle de l’air extérieur.

L'air est donc préchauffé en Hiver et pré rafraîchi lors de la saison chaude.

Le mur capteur : Il s'agit d'un mur en maçonnerie lourde placé quelques centimètres

derrière un vitrage performant. D'après les auteurs, certains types de murs capteurs ne

seraient pas plus chers qu'une paroi courante. Le confort d'été est conservé grâce à des

protections solaires de type casquette.

La maison bioclimatique : est conçue pour capter l’énergie solaire, la stocker et la

rediffuser à l’intérieur d’elle-même. C’est une maison dite « passive » car c’est le

simple choix des matériaux de construction et une astucieuse disposition des pièces

qui permet la captation d’énergie. Ainsi grâce au soleil, nous Pouvons chauffer en

partie notre maison. Il reste ensuite à définir le chauffage.

Le mur trombe : un mur capteur est un mur lourd, avec la façade au sud, sur lequel

est disposé un vitrage (de préférence un double vitrage pour limiter les pertes

nocturnes) de 4 à 10 cm en avant de la paroi extérieure du mur, comme pour un

capteur solaire.


116

RESUME :

Deux des défis majeurs pour notre siècle sont la lutte contre le changement climatique

et la diversification des sources d’énergies que nous utilisons actuellement.

Dans cette optique, les énergies renouvelables ont indiscutablement un rôle important

à tenir. Une architecture énergétiquement efficace suppose un bon équilibre entre les

mesures en faveur des économies d'énergie et celles mises en oeuvre pour la produire.

Le bâtiment qui fut l’un des consommateurs d’énergie, dont le secteur du logement

consomme presque 46% de l’énergie totale produite en Algérie.

Ce chiffre va aller grandissant avec la généralisation de l’utilisation de la climatisation

et les électroménagers. Dans ce contexte et dans l’objectif de limiter les besoins en

énergie pour préserver l’environnement, il est primordial de bien concevoir ces

bâtiments et de les équiper de systèmes basés sur les énergies renouvelables.

L’Algérie est un pays de vaste superficie, elle occupe une situation géographique qui

favorise le développement et l’épanouissement de l’utilisation de l’énergie solaire, et

l’expansion du photovoltaïque dans notre pays passera impérativement par le

développement des applications connectées au réseau tel qu’il se fait ailleurs à travers

le monde.

Les systèmes de production d’électricité solaire photovoltaïque sont fiables, sans

danger et d’une mise en œuvre très aisée.

ces problèmes causés par le rayonnement solaire pour le chauffage des maisons et la

consommation irrationnelle de l'énergie qui devraient être utilisés dans la technologie de

la construction afin d'exploiter ces rayons en utilisation l’énergie solaire active comme les

panneau solaire thermique, photovoltaïques et l’énergie solaire passive comme mur

trombe, double peau ,serre afin de assure le confort dans l'habitat .

Mots clés : conception bioclimatique, énergie solaire, panneaux photovoltaïque et

thermique , technique bioclimatique ( serre et mur trombe ) .

LES ENERGIES SOLAIRES DANS L’HABITAT BIOCLIMATIQUE

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