Le développement technologique actuel nous apporte une multitude de systèmes permettant de maîtriser les conditions de vie dans notre maison et de garantir notre confort. Seulement, petit à petit, nous décorrélons alors le “climat” intérieur de nos maisons du climat réel qui l’entoure. Outre le fait que ces systèmes sont coûteux et souvent peu écologiques, nous perdons également la connaissance de ce savoir que l’Homme utilise depuis qu’il construit sa maison. Découvrez dans cet article comment le bioclimatisme a façonné nos habitations depuis des millénaires, et comment s’en inspirer aujourd’hui pour réduire notre impact tout en vivant aussi confortablement.
Construire avec le soleil…
Le soleil, c’est la vie ! Indispensable à la vie sur Terre, le soleil est un point d’entrée majeur dans la conception d’une maison bioclimatique. Il fournit en effet, chaleur, lumière et énergie gratuitement et bien souvent abondamment. Il est alors essentiel de bien comprendre comment le soleil évolue dans le contexte de notre maison pour en profiter pleinement.
La course du soleil
La hauteur du soleil à 12h varie tout au long de l’année
Ainsi, la hauteur du soleil dans le ciel varie la journée mais aussi tout au long de l’année. Le soleil est plus haut en été (autour de 67° par rapport au sol sous nos latitudes). Il est très bas en hiver (20°au solstice d’hiver). Il se déplace également évidemment d’Est en Ouest. Cette course du soleil est une aubaine pour concevoir sa maison. Elle permet en effet travailler sur l’architecture pour optimiser la relation de la maison (et donc de ses habitants) avec le soleil. Ainsi, on cherche à avoir une façade largement vitrée au Sud pour capter les apports solaires en hiver. En ajoutant un débord de toit, des protections solaires, et/ou de la végétation (arbres à feuilles caduques), on peut facilement protéger ces façades en été lorsque le soleil est plus haut.
Pour la disposition des pièces, on privilégie la pièce de vie au Sud, le cellier et/ou garage au Nord, les chambres à l’Est et à l’Ouest. Le pignon Ouest est fortement ensoleillé en été en fin de journée, moment où la maison est la plus chaude. Aussi il peut être pertinent d’y accoler une salle de bains ou la cuisine par exemple pour éviter les surchauffes dans une chambre en fin de journée.
Le graal de l’énergie illimitée
Le soleil est une immense étoile composée principalement d’hydrogène et d’hélium. La fusion continue de l’hydrogène produit l’énergie que nous recevons sur Terre. On estime que le soleil fournit chaque année plus de 10 000 fois l’énergie nécessaire pour couvrir la consommation totale de la planète. La ressource est abondante et renouvelable à l’inverse des énergies fossiles et de l’uranium utilisés massivement aujourd’hui. En France, le soleil apporte plus de 1000 kWh/m² au cours de l’année (énergie reçue au sol), ce qui équivaut à l’énergie contenue dans 100 litres de mazout ! Vous choisissez quoi ?
Le gisement disponible
L’énergie solaire reçue chaque année dépasse très largement les réserves énergétiques actuelles (qui sont de plus non renouvelables)
Apports solaires : à quoi s’attendre ?
Pour récupérer cette énergie gratuite il faut faire entrer le rayonnement solaire à l’intérieur de la maison par l’intermédiaire des ouvertures (fenêtres). A noter qu’un double-vitrage “standard” actuel transmet dans la pièce environ 60% du rayonnement reçu (son facteur solaire est de 0,6). Le reste de l’énergie reçue est absorbée par le verre et réfléchie vers l’extérieur. Donc 40% de l’énergie solaire est bloquée par le vitrage. Il est pertinent alors de maximiser les vitrages au Sud, de préférence sur les toits, là où le rayonnement reçu est le plus élevé. En effet, seuls les rayons touchant une surface avec un angle droit pénètrent à 100% au travers de celle-ci. Lorsque l’inclinaison est différente, un pourcentage de l’énergie émise est réfléchi vers l’extérieur. Pour une façade verticale cette perte est de l’ordre de 30%. En revanche, pour les fenêtres de toit orientées au Sud, celle-ci est proche de 0. Attention, ceci explique aussi pourquoi il fait si chaud dans une chambre au Sud munie de fenêtres de toit (ex. “Velux”) si celles-ci ne sont pas protégées !
Ainsi, pour une façade dont les murs et fenêtres sont au niveau RT2012, ayant un taux de vitrage de 40% (ratio entre la surface de vitrage et la surface totale de la façade), l’énergie solaire transmise à l’intérieur lors d’un jour ensoleillé d’hiver (T°C extérieure de 5°C) est 10 fois supérieure aux déperditions thermiques de cette façade. Pour le détail du calcul, laissez-moi un commentaire 
!
Bien souvent, une façade Sud conçue selon les principes du bioclimatisme permet d’apporter de la chaleur en journée pour toute la maison.
… et construire avec le vent
Les premiers vitrages datent de l’époque Romaine. Ils utilisaient même des double-vitrages pour gérer les apports de lumière ! Mais pendant longtemps, le vitrage compose les façades des bâtiments d’importance uniquement (cathédrales, châteaux…). Aussi, avant de chercher à récupérer les apports solaires à l’intérieur de la maison, l’Homme cherche à se protéger des vents dominants, source de froid. L’implantation de la maison à l’abri d’un relief et/ou de végétations est donc courante. Il s’agit d’une première forme de bioclimatisme. Depuis, des procédés ingénieux, toujours “passifs”, ont été inventés. On peut citer les tours à vents (“bagdir”) de l’architecture persane, qui utilisent la brise pour rafraîchir les habitations. Aujourd’hui se développent également les puits canadiens et provençaux. Le principe de ceux-ci réside dans l’utilisation de la température relativement constante du sol toute l’année (entre 10°C et 15°C en France). Ainsi l’air transite dans le sol pour se réchauffer (en hiver) et se rafraîchir (en été) avant de pénétrer dans la maison.
De la glace pour se réchauffer, vraiment ?
L’igloo est un bon exemple d’architecture bioclimatique. La conception bioclimatique consiste en effet à « tirer le meilleur parti des conditions d’un site et de son environnement pour concevoir un bâtiment confortable pour ses utilisateurs, au coût énergétique le plus réduit possible, et dans le respect de l’environnement ». Derrière son apparente simplicité, la conception de l’igloo est en réalité très efficiente. Vous pouvez vous inspirer de celle-ci pour votre construction, notamment pour un zome ou une yourte.
- Sa forme de demi-sphère garantit la meilleure compacité possible pour limiter les déperditions de chaleur, conserver la chaleur à l’intérieur, tout en offrant un volume acceptable.
- Le long couloir à l’entrée évite la pénétration du vent et du froid dans la pièce principale.
- Le fond de l’igloo, où les habitants dorment, est surélevé par rapport à l’entrée pour être dans le volume le plus chaud (l’air froid est plus lourd que l’air chaud et reste donc au sol).
- La glace est un matériau abondant et facile à travailler localement. Elle a également la propriété de réfléchir par rayonnement la chaleur émise par les lampes, ce qui profite au confort des occupants.
- La structure en voûte est très solide.
L’architecture vernaculaire
Il existe de nombreux exemples d’édifices qui intègrent les principes de l’architecture bioclimatique. N’hésitez pas à regarder autour de vous pour vous en inspirer ! En fait, dès le début, l’Homme construit son habitat selon ces principes. Il utilise bien entendu les matériaux locaux à sa disposition, n’ayant pas la possibilité d’en importer ni de les transformer comme aujourd’hui. Mais surtout, il adapte la forme et l’organisation de son habitat en fonction des contraintes climatiques et de l’environnement proche. On parle aujourd’hui d’architecture vernaculaire pour définir ce mode constructif et cette architecture traditionnelle propres à une zone géographique donnée et à ses habitants.
On trouve ainsi par exemple le mas provençal, le chalet de montagne, la longère bretonne, les rues étroites des villages du Sud de la France… Chaque typologie répond aux besoins de ses habitants et aux contraintes climatiques locales. On peut ainsi citer les principes suivants :
- Construction compacte pour limiter les déperditions de chaleur
- Ouvertes vers le Sud pour profiter de la chaleur gratuite du soleil
- Fermées au Nord pour éviter les vents dominants froids
- Débords de toiture pour se protéger de la pluie et du soleil en été
- Arbres à feuilles caduques au Sud (ombre estivale, lumière et chaleur hivernales)
- Organisation de la maison en fonction de l’orientation : pièce de vie au Sud, locaux non-chauffés au Nord formant un espace tampon. Pour les maisons de paysans, l’étable est souvent à proximité immédiate de la pièce de vie. Les habitants profitent ainsi des apports de chaleur des animaux. Le foin est stocké à l’étage, offrant une isolation performante pour la toiture.
- Nomadisme saisonnier : les habitants se déplacent dans la maison en fonction des saisons. Les pièces fraîches au Nord sont favorisées l’été et inversement l’hiver.
L’effet de serre : c’est bon pour l’environnement
Le mur Trombe
Du nom de son inventeur Félix Trombe, le mur Trombe utilise le principe de l’effet de serre pour récupérer un maximum d’énergie gratuite du soleil. Il s’agit d’un mur maçonné, de couleur sombre, devant lequel on place un vitrage à quelques centimètres du mur. Cet ensemble constitue un capteur qui emprisonne le rayonnement solaire dans le mur grâce à la propriété du verre à réfléchir une partie du rayonnement reçu. Celui-ci se retrouve piégé dans le mur qui s’échauffe progressivement. La chaleur accumulée est alors transmise à l’intérieur de la maison. Des ouvertures en partie haute et basse du mur permet à l’air de la maison de circuler dans celui-ci, se charger en calories et revenir dans la pièce pour la chauffer (grâce à l’effet thermosiphon qui met en mouvement l’air lorsqu’il change de T°C).
Et en été on fait comment ?
Bien sûr en été il est essentiel de protéger ce mur par des occultations pour arrêter son fonctionnement. C’est également nécessaire la nuit pour limiter les déperditions thermiques car ce mur n’est généralement pas isolé.
Ma maison n’est pas orientée au Sud, dois-je déménager ? 
Sauf si vous avez le projet de construire votre maison et que vous avez le choix de l’orientation de celle-ci, il arrive souvent que ce ne soit pas le cas. Une orientation autre que le Sud n’est pas nécessairement mauvaise. Certes vous récupérerez moins d’apports solaires gratuits, mais vous en aurez quand même. Le rayonnement solaire se compose d’une part directe et d’une part indirecte (diffuse + réfléchie). Cette dernière est le résultat des réflexions des rayons du soleil sur l’ensemble des “obstacles” dans l’atmosphère et à la surface de la Terre (nuage, relief, sol, constructions…). Une part de ce rayonnement indirect arrive donc par le Nord également. On estime que cela représente jusqu’à 30% du rayonnement maximal reçu sur la même surface orientée au Sud. C’est donc loin d’être négligeable.
En outre, la course du soleil s’étend de l’Est à l’Ouest et remonte même un peu au Nord-Est et Nord-Ouest en été. Il est donc fort probable que vous puissiez à un moment ou un autre de la journée récupérer des apports solaires directs. Enfin, en compensation, vous pourrez mettre en place les autres principes de la construction durable pour optimiser votre maison. Le but est de faire du mieux possible avec les “cartes de l’instant”.
Noter également que l’orientation Sud est idéale dans l’hémisphère Nord uniquement. Si vous lisez cet article la tête en bas depuis l’hémisphère Sud, alors la “bonne” orientation devient le Nord. Dans tous les cas, vous l’aurez compris l’objectif premier est de capter les apports solaires, donc où que vous soyez, tournez votre maison vers “l’astre divin”. A ce sujet, êtes-vous familier des maisons “héliotropes” ? Comme le tournesol, il s’agit de maisons qui tournent en suivant la course du soleil. Une façon ingénieuse de récupérer un maximum d’apports solaires gratuits ! Un exemple est l’Heliotrop, maison solaire tournante à énergie positive conçue par l’architecte Rolf Disch. Une fois encore, l’idée vient d’une simple compréhension des besoins de la nature et de l’observation de la façon dont elle y répond.
Pour un développement durable
Le bioclimatisme s’inscrit pleinement dans le développement durable. Tout d’abord il favorise le recours à une architecture intrinsèquement performante et sobre en énergie. Où l’énergie solaire en est le principal vecteur. Ensuite, l’utilisation de ressources locales (matériaux) promeut le développement d’un savoir-faire et d’une filière de proximité. Cela s’inscrit dans le volet social et économique du développement durable.
On construit une maison pour des dizaines d’années. Certaines ont aujourd’hui même dépassé les cent ans. Tous les “petits” gains obtenus grâce à une conception bioclimatique se transforment alors en des économies d’énergie significatives. A noter que le bioclimatisme s’adapte également très bien à des projets de rénovation, à condition de pouvoir intervenir sur les façades et/ou la toiture afin de travailler sur la récupération des apports solaires. Je vous recommande à ce sujet l’ouvrage “La conception bioclimatique: des maisons économes et confortables en neuf et en réhabilitation”.
BedZed, Vauban : le bioclimatisme urbain ?
Appliquer les principes du bioclimatisme en milieu urbain est-il possible ? En effet, l’espace est souvent restreint, l’ensoleillement peut être limité par les autres bâtiments alentours, la densité freine la multiplicité des orientations… Les écoquartiers BedZed près de Londres et Vauban à Fribourg sont en ce sens des réussites. Aujourd’hui mondialement reconnus (on vient de partout pour les visiter), les bâtiments sont des prototypes de l’éco-construction (matériaux, énergies renouvelables) et de la ville durable (zéro déchets, déplacements doux, tiers-lieux) dont la conception initiale repose d’abord sur le bioclimatisme (orientation, surface vitrée, protection solaire, effet de serre…). Construits il y a près de 20 ans, ces projets illustrent que des alternatives à la construction standard actuelle sont possibles, y compris pour de l’habitat collectif. A notre échelle, inspirons-nous de ces démarches et construisons nos petits BedZed !
Pour aller plus loin
Vous trouverez ci-après une liste de ressources qui peuvent vous être utiles.
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Enfin, si vous souhaitez appliquer dès aujourd’hui des actions simples pour améliorer votre maison et votre confort de vie, téléchargez le Petit Manuel du Robinson via l’un des formulaires présents sur le site. Vous serez également informé dès la publication d’un nouvel article.
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et à très vite pour un nouvel article !
Ressources
- La conception bioclimatique: des maison économes et confortables en neuf et en réhabilitation. Samuel Courgey et Jean-Pierre Oliva, Terre Vivante.
- Learning from Vernacular : Pour une nouvelle architecture vernaculaire. Pierre Frey et Patrick Bouchain, Actes Sud. J’admire beaucoup le travail de Patrick Bouchain. Il s’inspire totalement du contexte du lieu (histoire, gens, territoire) lorsqu’il pense un projet. Il créé également autour de sa réalisation une vraie aventure humaine, où chacun est invité à participer. La vie du projet commence alors dès que son idée commence à germer. La phrase de Lao Tseu raisonne alors pleinement : “Le but n’est pas seulement le but, mais le chemin qui y conduit”.
- Habiter la planète : atlas mondial de l’architecture vernaculaire.Sandra Piesik, Flammarion.