pergola vitréeL’architecture bioclimatique est une discipline de l’architecture. Elle met en œuvre tous les moyens existants sur un site et son environnement pour édifier une architecture respectueuse de cet environnement, souvent à énergie passive et confortable pour ses occupants.

Étymologie

La formation de ce terme renvoie aux deux éléments qui le constituent, à savoir
• Le préfixe « bio-« qui signifie la vie, pour rappeler que de façon plus large, que cette architecture s’inscrit dans une dynamique naturelle, s’inspirant du vivant.
• « climatique » puisqu’il s’agit de prendre en compte les spécificités climatiques du site d’implantation du projet.
Du fait qu’il regroupe des formes d’habitat divers comme les maisons solaires ou encore passives, ce terme d’architecture bioclimatique ne fait pas l’unanimité. Il a l’avantage de préciser que l’architecture bioclimatique est adaptée au climat environnant pour un usage d’habitat humain.

 

Projets concernés : véranda basse consommation, pergola bioclimatique, fenêtres isolantes, chauffage écologique, etc … Tous nos artisans sont sélectionnés selon leurs compétences et répondent aux demandes de devis dans ces divers corps de métiers.

Principes de l’architecture bioclimatique

toit boisCe mode de conception architecturale tend à établir une combinaison idéale entre le bâtiment, le climat environnant et le confort de l’habitant. Dans cette logique, une connaissance approfondie du milieu environnant est indispensable. Il s’agit de tirer le meilleur profit du rayonnement solaire et de la circulation naturelle de l’air afin de minimiser les besoins énergétiques tout en maintenant des températures agréables et en contrôlant l’humidité. Les origines de l’habitat bioclimatique sont à rechercher dans l’habitat traditionnel. Celui-ci résultait toujours d’une observation du site d’où découle une implantation réfléchie en fonction de l’ensoleillement et de la proximité de la ressource en eau. L’utilisation des matériaux présents sur le site en est également une des composantes. Forte de cet héritage, l’architecture bioclimatique a connu un essor dans les années 1970 avec les maisons solaires. Celles-ci sont considérées comme des pionnières de cette tendance architecturale. Depuis, les techniques de construction et les matériaux n’ont cessé d’évoluer dans une démarche de respect de la nature. Des règles architecturales simples et faciles à mettre en œuvre existent pour adapter chaque projet à son environnement particulier. Il s’agit principalement de :
• privilégier les formes compactes afin de capter le maximum d’énergie et de réduire l’implantation
• l’orientation de l’habitat qui doit être optimale en fonction de l’ensoleillement
• les ouvertures nombreuses pour faciliter la captation de l’énergie
• des matériaux qui correspondent aux normes bioclimatiques, à savoir en priorité le bois et la terre. Le béton possède des atouts comme son coût et sa capacité de stockage. L’acier se révèle être un matériau intéressant dans ce type d’architecture
• une végétation préservée autour du bâtiment et des écrans afin de ménager des espaces de vie extérieurs agréables en toute saison. Cet ombrage évite une surchauffe du bâtiment
• une circulation de l’air facilitée en limitant les espaces clos afin de maintenir une fraîcheur constante et éviter la concentration d’humidité

L’architecture bioclimatique s’articule avec des principes d’éco-construction en ce sens qu’elle définit les contours d’une relation harmonieuse des bâtiments avec leur environnement immédiat. Elle intègre des procédés et des matériaux de construction naturels. De ce fait, les chantiers en architecture bioclimatique ont un faible impact environnemental.
Elle intègre l’éco-gestion puisqu’elle induit une gestion de l’énergie aussi bien solaire que celle de la ressource en eau. Le recyclage participe de cette démarche avec une gestion des déchets en aval et une maintenance des bâtiments.
Enfin, le critère de confort est primordial tout aussi bien hygrothermique qu’acoustique ou visuel auquel s’ajoutent des conditions sanitaires propices grâce à une meilleure qualité de l’air et de l’eau.

Un projet à concevoir en amont

bonhommes artisansÉtant donné que la conception bioclimatique a pour objectif principal d’obtenir des conditions de vie adéquates et agréables, et ce, de la manière la plus naturelle possible, elle requiert d’établir un cahier des charges complet. Il convient d’utiliser avant tout des moyens comme les énergies renouvelables disponibles sur le site (énergie solaire, géothermie, éolienne, et plus rarement l’eau). Elle tend à limiter les moyens techniques mécanisés ainsi que les énergies extérieures au site d’implantation, telles que les énergies fossiles ou l’électricité, produits et apportés de loin à grands frais. La priorité est toujours de privilégier le matériau disponible localement comme le bois, les tuiles ou les ardoises afin de limiter le coût du transport.

Afin de mener un projet réfléchi tout en cherchant à concilier humain et environnement, il faut prendre en compte les quatre piliers d’une construction soutenable :
• l’insertion dans le territoire
• les matériaux et le chantier
• les économies d’énergie et la sobriété d’usage
• le confort et la santé
Pour ce faire, il est impératif d’établir une méthode raisonnée de projet. Celle-ci organise sa mise en œuvre cohérente en établissant un ordre des opérations à mener. La phase de programmation préalable à la mise en œuvre est en conséquence primordiale. Elle doit être conduite avec minutie et rigueur en accord avec tous les corps de métier et tous les acteurs qui interviennent dans l’élaboration du projet. Il s’agit de coordonner toutes les actions afin de les axer vers le même objectif d’optimisation de l’habitat tout en limitant l’impact humain sur l’environnement.
Méthode de projet
Une architecture bioclimatique doit avant tout s’inscrire dans son environnement. Sa connaissance est indispensable pour concevoir le projet architectural. Elle représente un préalable indispensable à la conception architecturale : géographie environnante, climat, biodiversité existante, risques naturels…doivent être connus et maîtrisés.
Une architecture bioclimatique se fixe par ailleurs des objectifs précis du point de vue du bilan énergétique global sur la durée de vie du projet, mais également sur la pression environnementale qu’il va générer, et sur le confort et la santé des futurs utilisateurs du bâtiment.
Dans un premier temps, il faut interroger le choix du site en fonction de la densité urbaine, de l’emplacement, des transports, des commerces et services disponibles à proximité. À titre d’exemple, construire bioclimatique en un lieu qui va générer de nombreux déplacements automobiles n’est pas cohérent.
Il faut ensuite rédiger un programme fixant les objectifs à atteindre et s’informer sur les matériaux, les techniques et les savoir-faire disponibles régionalement.
C’est seulement après que l’architecte pourra mettre en œuvre son art, conforté par une vision claire du projet qui lui est confié.

Insertion dans le territoire

chambre lumineuseLa réussite de cette insertion implique une économie par rapport à l’emprise sur les territoires naturels, soit éviter le mitage, à savoir préférer la concentration de l’habitat à son étalement. Elle implique également un équilibre entre les différents services offerts, qu’il s’agisse de limitation des besoins en transport ou de pertinence économique et sociale de l’implantation, par la mixité des équipements de logement, de travail, d’éducation, d’approvisionnement et de loisir. Cette mixité permet, en densifiant les centres-villes et les agglomérations périurbaines, en se réappropriant les friches, en reconstruisant des espaces urbains de façon à réduire les besoins en infrastructures et donc le coût public de la construction.

Les matériaux de l’architecture bioclimatique

L’architecture bioclimatique regroupe :
• « la construction solaire » orientée vers le captage de l’énergie solaire.
• « la construction passive » dérivée du label Passivhaus où le respect de certains principes et performances énergétiques est exigé.
Les matériaux de l’architecture bioclimatique sont ceux couramment utilisés, néanmoins des matériaux plutôt « naturels », « sains » et à faible empreinte écologique seront généralement privilégiés.
Matériaux « naturels » dans le sens où ceux-ci auront subi peu de transformations lors de leur production. Ils proviennent de ressources naturelles, de préférence locales et renouvelables.
« Sains », dans le sens où ils n’ont pas de répercussions négatives sur la santé. Celles-ci peuvent se manifester à divers stades de fabrication ou de recyclage du matériau utilisé. L’empreinte écologique permet d’évaluer son impact sur l’environnement. L’énergie grise est l’énergie totale consommée dans le cycle de vie du produit. Elle détermine la pollution directe en tant que matériau ou indirecte par sa fabrication, mise en œuvre, usage et recyclage.
Le bilan écologique dans le cycle de vie d’un matériau fait partie du cahier des charges de l’architecture bioclimatique. S’il n’est pas aussi primordial que dans les constructions « écologiques », il reste central.

La vision des concepteurs (architectes) d’architectures bioclimatiques inverse la conception qui consiste à considérer l’environnement comme devant être maîtrisé. Elle cherche à opérer une symbiose avec la nature de manière à la préserver pour les générations futures. De ce fait, la conception bioclimatique est accompagnée de réflexions et de démarches plus larges sur le respect de l’environnement et de la biosphère. Cette dimension écologique la situe dans les principes du développement durable.
La conception bioclimatique, parfois appelée simplement « bioclimatisme », est applicable à tous les bâtiments où l’ambiance intérieure doit être contrôlée, régulée et adaptée à leurs usages. Par exemple : caves à vin, fromagerie, serres agricoles où les ambiances sont différentes du confort idéal humain.

Des principes simples à respecter

Économie et sobriété d’usage

L’une des préoccupations du bioclimatisme est la sobriété d’usage2. Cette sobriété commence par la sobriété énergétique.
La réglementation thermique détermine le niveau maximal de consommation. Le bioclimatisme vise une performance supérieure, approchant le niveau passif, c’est-à-dire une construction dont le confort est assuré sans apport d’énergie fossile ou nucléaire. Cette performance ne peut être atteinte qu’en valorisant les apports solaires hivernaux (absence de chauffage), tout en se protégeant des apports solaires estivaux (absence de climatisation et ombrage).
La sobriété concerne également la consommation des autres ressources durant la vie du bâtiment, à commencer par l’eau autant pour les occupants en limitant l’arrosage et les bains que pour les produits d’entretien pour le nettoyage et la peinture.
Un bâtiment sobre génère un minimum de déchets durant sa construction, son exploitation et lors de sa reconversion en fin de vie.

Confort et santé à l’intérieur

Le confort et la santé à l’intérieur d’un bâtiment sont assurés par l’ensemble des points cités auparavant, pour garantir un confort hygrothermique en toute saison et à toute heure, dans une ambiance saine pour les occupants.
Ces critères dépendent de la qualité des matériaux employés, de leur absence d’émissions nocives, et de leur capacité à réguler les apports solaires, à stocker l’énergie pour amortir les fluctuations météorologiques dans des proportions adaptées aux besoins du bâtiment. Ils dépendent aussi de la gestion du renouvellement indispensable de l’air intérieur pour le maintenir sain et avec une hygrométrie régulière. Ils doivent valoriser les apports visuels de l’extérieur et favoriser la lumière intérieure. La qualité olfactive du site ou celle du contact des matériaux est également envisagée.
Un bâtiment bioclimatique répond au besoin permanent du plaisir des cinq sens.

L’énergie comme pilier de l’architecture bioclimatique

L’architecture bioclimatique s’appuie sur trois axes :
• capter l’énergie solaire et celle produite par les activités intérieures,
• la diffuser ou s’en protéger,
• la conserver ou l’évacuer en fonction du confort recherché.
Ces exigences sont indispensables, en particulier dans les régions chaudes (de type méditerranéen par exemple), capter et conserver en hiver semble contradictoire avec se protéger et évacuer en été. Résoudre cette contradiction apparente est la base d’une conception bioclimatique bien comprise.

Capter/se protéger de la chaleur

La Terre est inclinée sur son axe par rapport au plan de l’écliptique d’un angle de 23°27′. La hauteur du soleil sur l’horizon et le trajet qu’il parcourt dans le ciel varient au cours des saisons.
Dans l’hémisphère nord, à la latitude de l’Europe (environ 45° en moyenne), en hiver, le soleil se lève au sud-est et se couche au sud-ouest, en restant très bas sur l’horizon (22° au solstice d’hiver). Seule la façade sud d’une construction reçoit correctement la lumière solaire. Pour capter cette énergie solaire, il convient donc de placer les ouvertures vitrées principales au sud. Le verre laisse passer la lumière, mais absorbe les infrarouges réémis par les parois intérieures recevant cette lumière, ce qu’on appelle l’effet de serre. La lumière du soleil est convertie en chaleur par les surfaces opaques de la construction (les murs, les plafonds et les sols). C’est sur ce principe qu’est conçu un bâtiment solaire passif : solaire, car la source d’énergie est le soleil, passif, car le système fonctionne seul, sans système mécanique.
Toujours dans l’hémisphère nord, en été, le soleil se lève au nord-est, se couche au nord-ouest et est haut sur l’horizon à midi (78° au solstice d’été). Les façades d’une construction irradiées par le soleil sont principalement les murs est et ouest, ainsi que la toiture. L’angle d’incidence de ses rayons sur les surfaces vitrées orientées vers le sud est élevé. Il convient de protéger ces surfaces vitrées par des protections solaires, dimensionnées de manière à bloquer le rayonnement solaire direct en été tout en y laissant le maximum d’ensoleillement disponible en hiver. Sur les ouvertures des façades est et ouest, les protections solaires horizontales sont d’une efficacité limitée, car les rayons solaires ont une incidence moins élevée ; les protections solaires opaques comme les volets ou les persiennes – et encore plus la végétation caduque – sont efficaces sur ces façades. La végétation persistante est également efficace pour protéger des vents froids, sous réserve de ne pas occulter le soleil hivernal. Il existe également des techniques de brise-soleil adaptables à ces orientations. Les terrasses peuvent être équipées de ces pare-soleil efficaces qui augmentent la superficie habitable en créant des espaces de détente.
Dans l’hémisphère nord, à la latitude européenne, une construction bioclimatique se caractérise par :
1. des ouvertures de grandes dimensions au sud, parfaitement protégées du soleil estival
2. très peu d’ouvertures au nord
3. peu d’ouvertures à l’est sauf pour les pièces d’usage matinal, comme la cuisine grâce au soleil du matin
4. peu d’ouvertures à l’ouest, surtout pour les chambres, à protéger du soleil couchant en été
Dans une démarche bioclimatique, ces généralités doivent naturellement être adaptées en fonction du milieu, à savoir le climat, l’environnement, … et du rythme de vie des utilisateurs du bâtiment.

Transformer/diffuser la chaleur

Une fois la lumière solaire captée, un bâtiment bioclimatique doit pouvoir et savoir la transformer en chaleur afin de la diffuser là où elle est utile.
La transformation de la lumière en chaleur est inhérente à certains principes qu’il convient de respecter afin de ne pas affecter le confort intérieur :
• Maintenir un équilibre thermique adapté en fonction des conditions climatiques extérieures
• Ne pas dégrader la qualité lumineuse
• Permettre la diffusion thermique par le système de ventilation et la conductivité thermique des parois
Dans une construction, la chaleur a tendance à s’accumuler vers le haut des locaux par convection et stratification thermique. La conversion de la lumière en chaleur doit se faire prioritairement au niveau du sol pour une efficacité plus grande. Par ailleurs, l’absorption de la lumière par une paroi l’assombrit, ce qui a pour effet de limiter sa capacité de diffusion. Afin de permettre la diffusion de lumière vers les zones les moins éclairées, sans contrastes ni éblouissement, il convient de favoriser les plafonds très clairs. La lumière se répand dans les locaux sans produire d’effet d’éblouissement. Privilégier des sols sombres favorise la capture d’énergie à ce niveau. Utiliser des teintes variables sur les murs selon la priorité à donner à la diffusion de lumière ou à la capture d’énergie solaire, et selon le besoin de chaleur ou de fraîcheur du local concerné, reste la méthode préconisée.
Les teintes qui absorbent et convertissent le mieux la lumière en chaleur sont sombres, idéalement noires et plutôt bleues. Celles qui réfléchissent la lumière et la chaleur sont claires, idéalement blanches et dans des dégradés clairs. Le choix du blanc et du bleu clair pour les habitats de pays très ensoleillés comme le Portugal ou la Grèce n’est pas anodin. On peut ainsi par un simple jeu de couleurs diriger la lumière puis la chaleur vers les zones qui le nécessitent. Les matériaux mats, de surface granuleuse comme la chaux ou d’autres matériaux naturels, sont également plus aptes à capter la lumière et la convertir en chaleur que les surfaces lisses et brillantes. Celles-ci produisent un effet miroir, inefficaces pour capter la chaleur.
Une bonne maîtrise de la chaleur ou de la fraîcheur peut également être obtenue par des méthodes de ventilation adaptées. Il convient de réfléchir à la circulation de l’air.
Sous un climat tempéré, une construction bioclimatique conçue de manière optimale d’un point de vue thermique ne nécessite pas ou très peu de systèmes de chauffage ni de système de climatisation, pour maintenir une température intérieure comprise entre 20 °C en hiver et 25 °C en été, de jour comme de nuit.

Conserver la chaleur/la fraîcheur

En hiver, une fois captée et transformée, l’énergie solaire doit être conservée à l’intérieur de la construction afin de pouvoir être valorisée au moment opportun. Les capteurs solaires équipés de batteries représentent une possibilité de stockage et de restitution . En été, c’est la fraîcheur nocturne, facilement captée grâce une ventilation active qui doit être stockée durablement afin de limiter les surchauffes durant le jour. Le phénomène de surchauffe étant exponentiel, il convient de le limiter d’emblée.
La méthode la plus simple consiste à stocker cette énergie dans les matériaux lourds de la construction. Leur capacité de stockage est réduite s’ils sont recouverts d’un isolant thermique, d’où l’importance de l’isolation par l’extérieur, ou éventuellement de l’isolation répartie. Comme pour l’intérieur, le stockage de l’énergie est favorisée grâce à des matériaux plus naturels comme la terre, le bois ou encore les enduits à la chaux.
Le stockage de l’énergie dans les matériaux et le délai de restitution correspond à leur chaleur massique, à leur volume global, mais aussi à d’autres caractéristiques physiques permettant de déterminer leurs performances énergétiques. Certaines techniques permettent de valoriser de façon dynamique le délai de restitution. Les notions techniques détaillées ultérieurement permettent une meilleure compréhension de ces principes.

Valoriser l’environnement

Dans le concept de l’architecture bioclimatique, l’environnement avec ses collines et ses forêts ainsi que la végétation plantée autour de la construction assument un rôle important. Rechercher un lieu d’implantation favorable est un préalable au projet. Celui-ci doit s’intégrer dans son environnement sans lui faire subir de dégradations. Ensuite, afin de protéger l’habitat du vent, on opte pour des résineux au nord. Pour créer un ombrage, des feuillus sont plantés au sud. Ils constituent un écran solaire en été, mais laissent filtrer la lumière en hiver. Un point d’eau situé devant le bâtiment, au sud, apporte également un rafraîchissement d’un ou deux degrés en période estivale.