Les stratégies pour améliorer le confort d'été dans les bâtiments

Une forte inertie thermique

Hormis en altitude (car les sollicitations estivales sont beaucoup moins fortes), la présence d’une très forte inertie thermique, quel que soit le mode d’utilisation du bâtiment (permanent ou intermittent), sera toujours nécessaire pour assurer un bon confort d’été. Cela sera obtenu par des planchers et des refends lourds, par la multiplication des surfaces de parois inertes (il vaut mieux beaucoup de parois de faible épaisseur qu’une petite paroi de très forte épaisseur car ce sont les premiers centimètres qui travaillent). Les matériaux utilisés sont le béton, la pierre, la terre cuite ou crue, etc. Très clairement, si l’inertie intérieure d’un bâtiment est lourde (planchers/refends), la présence de murs extérieurs lourds n’a plus aucune influence sur la température intérieure en été. Cela laisse donc la liberté d’adopter, pour ces parois, la structure que l’on souhaite et avoir, par exemple, des parois légères, sans aucune inertie.



Un traitement approprié des surfaces vitrées

=> Limiter la taille des surfaces vitrées
Depuis trente ans, la réglementation thermique avait habitué l’architecte à une grande liberté dans le choix des surfaces vitrées : le calcul réglementaire modifiait les contraintes de consommation en fonction de cette surface vitrée. La RT 2012 marque la fin de cette manière de procéder. Les bâtiments seront soumis à une contrainte de performance intrinsèque et de trop grandes surfaces vitrées pourront rendre impossible

Mais la recherche du confort d’été va aussi poser des problèmes, car même munies d’excellentes occultations, les surfaces vitrées sont le siège de transferts de chaleur passifs, puisqu’il fait plus chaud à l’extérieur qu’à l’intérieur du bâtiment. La modélisation dynamique montre parfaitement l’impact de cet apport de chaleur : il se traduit par une augmentation sensible de la température intérieure et il peut devenir impossible de respecter les critères de confort d’été.

L’architecte est donc contraint de limiter la taille des surfaces vitrées, quand bien même cette tendance n’est pas très à la mode. Néanmoins, il est nécessaire de s’adapter à l’évolution comportementale des bâtiments construits. Or, les bâtiments à très basse consommation ont tendance à être facilement inconfortables en été. Il faudra par conséquent adapter les habitudes de conception à cette nouvelle contrainte.

Mais alors, quelle surface de vitrage adopter ?

La modélisation montre que, la plupart du temps, le rapport de la surface vitrée en tableau à la surface habitable ou utile totale doit se situer entre 16 et 18 %. Parfois, on peut atteindre des valeurs de 20 % sans rencontrer de problème majeur. Chaque cas est, et doit rester, particulier. Seule la modélisation dynamique permet de répondre au cas par cas de manière précise.

La RT 2012, en son article 20, a introduit une nouveauté qui risque de poser quelques problèmes pour atteindre le confort d’été. Cet article précise en effet que le rapport de la surface vitrée à la surface habitable des logements doit être supérieur ou égal à 17 %. Dans certains cas, cette disposition (qui vise à favoriser l’éclairage naturel) risque d’entrer en contradiction avec les impératifs du confort d’été qui pourraient exiger de plus faibles surfaces vitrées. Cette disposition semble donc malheureuse et probablement regrettable.

=> Le rôle des protections fixes
Les casquettes fixes sont souvent citées comme un mode efficace de protection contre le soleil en été. C’est exact, mais leur impact sur les apports solaires en hiver apparaît finalement trop important (réduction de 20 à 25 % de ces apports) pour justifier leur mise en oeuvre si elles n’ont pas, par ailleurs, une autre utilité (balcon par exemple).

=> Les protections végétales à feuilles caduques
Elles apparaissent dans tous les ouvrages d’architecture climatique, mais leur utilisation nécessite quelques précautions. En premier lieu, il faut oublier l’idée de l’arbre situé au sud et qui procurerait en été une ombre délicieuse et régulatrice. En effet, le rayon solaire est tellement haut l’été que l’arbre devrait être, a minima, un séquoia planté très près de la façade. En conséquence, à moins de disposer d’une butte sur laquelle l’arbre pourrait être planté, il vaut mieux ne pas trop espérer de cette solution.

En revanche, l’utilisation de végétaux à feuilles caduques sur, ou en avant de la façade à protéger, semble une bonne solution. Si la hauteur du bâtiment est importante, ces plantations devront démarrer dans des jardinières, à chaque étage, afin de ne pas attendre vingt-cinq ans pour voir la plante atteindre le dernier étage de l’immeuble. L’architecte pourra prévoir des fils en acier inox permettant à la plante de grimper plus facilement.

=> Les protections mobiles
Elles constituent une des meilleures réponses à la maîtrise du rayonnement solaire car elles permettent à l’usager d’adapter le contrôle à ses besoins réels. En revanche, le choix du bon dispositif n’est pas très simple car il doit répondre à deux exigences quelque peu contradictoires :

• il faut d’abord que le facteur solaire du vitrage et de l’occultation soit inférieur ou égal à 15 %. Le but est effectivement de très bien contrôler le rayonnement solaire en été,
• il faut néanmoins que cette protection rende possible la ventilation nocturne avec un débit d’environ 3 vol./h, ce qui suppose qu’elle soit ou qu’elle puisse être très perméable.

Il existe de nombreuses réponses plus ou moins bien adaptées et qui sont bien connues des professionnels : volets battants, persiennes, volets roulants, jalousies, stores, volets coulissants, etc.

=> Les vitrages de contrôle solaire
Il s’agit de vitrages couramment utilisés, notamment dans la construction de bâtiments tertiaires très vitrés comme les tours. Ces vitrages sont munis d’un revêtement sélectif qui leur permet de filtrer très efficacement le rayonnement solaire, tout en laissant passer une part importante (mais réduite) de la fraction correspondant au rayonnement visible du spectre solaire. La modélisation dynamique atteste de la très grande efficacité de ces solutions sur le confort d’été. Mais attention : si cette technologie permet d’augmenter la taille de la surface vitrée sans souffrir d’inconfort en été, il n’en reste pas moins qu’il s’agit d’un vitrage et que sa performance thermique en hiver sera très dégradée comparée à celle des parois opaques. Il faut donc prendre garde d’assurer à la fois le confort d’été et le niveau des besoins en hiver.

Ces vitrages ont longtemps coûté assez cher, mais leur prix a très sensiblement baissé aujourd’hui et leur usage est parfaitement envisageable dans un projet courant. Chacun doit avoir à l’esprit qu’ils conduisent à une petite réduction des apports de lumière à l’intérieur du bâtiment, et qu’il existe un aspect de façade devant être accepté à la fois par le maître d’ouvrage et par l’architecte. Concernant la coloration de cette façade, il existe aujourd’hui des vitrages de contrôle solaire ayant pratiquement le même aspect que des vitrages clairs ordinaires.

La maîtrise de l’étanchéité à l’air de l’enveloppe

Dans les régions très ventées en été, il faudra attacher une importance redoublée à l’étanchéité à l’air de l’enveloppe du bâtiment. Car en été, il fait généralement plus chaud à l’extérieur qu’à l’intérieur, si bien que tout défaut d’étanchéité introduira de la chaleur dans le bâtiment, ce qui favorisera des surchauffes.

La maîtrise des apports internes

C’est un des aspects les plus importants de la lutte contre l’inconfort estival. Mais réduire l’énergie des apports internes n’est pas toujours facile pour la maîtrise d’oeuvre. La figure 3 a pourtant montré le rôle considérable des appareils domestiques : à eux seuls ils sont responsables d’une augmentation de température de plus de 2 °C. D’une manière ou d’une autre, il faudra donc faire en sorte de réduire cette consommation, tout en satisfaisant les mêmes besoins des usagers. Le paradoxe tient à ce que le maître d’oeuvre est généralement considéré comme responsable des conditions de confort en été, alors que l’usager partage grandement cette responsabilité puisque c’est lui qui achète les équipements et surtout qui ne les utilise pas toujours de façon optimale.

Dès lors, que faut-il faire ?

En tertiaire de bureaux, il faut impérativement mettre en oeuvre, d’une part, des systèmes d’éclairage à très basse consommation, et d’autre part, faire en sorte que toute la bureautique utilisée soit constituée de matériels à très basse consommation (ordinateurs portables), équipés de gestionnaires d’énergie capables d’arrêter les équipements lorsqu’ils ne sont pas utilisés (Energy Star est sur toutes les machines livrées depuis dix ans, mais il n’est souvent pas émulé). Ces dispositifs ont beaucoup d’avantages : ils sont généralement suffisants pour assurer des conditions de confort satisfaisantes ; ils réduisent les consommations d’électricité du bâtiment ; ils permettent enfin, la plupart du temps, d’éviter l’installation d’une climatisation. Certes, le choix de la bureautique ne fait pas partie des missions habituelles de la maîtrise d’oeuvre. Mais cela évolue et les maîtres d’ouvrage sont de plus en plus attentifs aux conseils de cette nature.

En logement, il faut prendre quelques mesures constructives (interrupteur sur la prise de courant alimentant le site audiovisuel, etc.). Mais il faut surtout sensibiliser les futurs usagers au choix de matériels électrodomestiques particulièrement économes (ne pas s’équiper d’appareils surdimensionnés, les choisir de classe énergétique A ou A+) et leur apprendre aussi l’usage sobre et économe de ces matériels (arrêter tous les matériels que l’on n’utilise pas).

En immeubles collectifs, le même travail de sensibilisation sera fait aussi sur tous les équipements des services généraux dont la consommation d’électricité finit en grande partie en chaleur, cette chaleur terminant la plupart du temps son parcours à l’intérieur des logements.

Au titre des apports internes, il y a aussi les distributions intérieures d’eau chaude sanitaire qu’il faudra veiller à calorifuger très fortement car elles apparaissent comme une source importante de chaleur et de perturbation en été.

Augmenter la vitesse de l’air dans les locaux

Chacun sait que l’augmentation de la vitesse de l’air (frais) en contact avec la peau augmente les échanges par convection et crée une sensation de bien-être. On estime généralement que l’effet obtenu correspond à un abaissement de la température ambiante d’environ 2 °C.

Il n’est malheureusement pas possible d’obtenir cette augmentation de la vitesse de l’air par ouverture des fenêtres puisque l’air extérieur est généralement plus chaud que l’air intérieur. Il faut donc mettre en place un mécanisme permettant la mise en mouvement de l’air intérieur : ce sont les brasseurs d’air plafonniers. On les choisira en veillant d’une part à ce que leur taille soit compatible avec la hauteur sous plafond, et d’autre part à ce que la puissance du moteur, qui va finir intégralement en chaleur dans le local, ne crée pas une augmentation de température supérieure à l’amélioration procurée par le brasseur d’air.

Le puits canadien

Le principe du puits canadien est simple : l’air hygiénique insufflé dans le bâtiment passe au préalable dans un réseau de conduits enterrés qui va le rafraîchir en été et le réchauffer en hiver. Il s’agit d’un dispositif qui n’est en rien une climatisation mais seulement un appoint au rafraîchissement. La température de l’air en été peut être abaissée de 3 à 5 °C.

Toutefois la réalisation d’un puits canadien est relativement onéreuse, mais cette technique peut se justifier si elle se greffe à la marge sur des tranchées prévues par ailleurs. À titre d’exemple en maison individuelle, le raccordement depuis la limite de propriété jusqu’au bâtiment du gaz ou de l’électricité nécessite déjà une tranchée qu’il suffira alors de creuser plus profondément pour incorporer le puits canadien. Le coût de celui-ci est alors marginal et peut être envisagé dans le projet.

Refroidir les structures

On a vu qu’une forte inertie thermique était une condition nécessaire mais pas suffisante pour accéder à un bon confort d’été. Il est également nécessaire de « refroidir les structures » durant la nuit afin d’évacuer l’énergie emmagasinée par l’inertie durant la journée.

=> La ventilation nocturne
La façon la plus simple de procéder consiste à ouvrir les fenêtres pendant la nuit. La modélisation dynamique montre qu’avec un débit de 3 vol./h (facilement obtenu par l’ouverture d’un seul vantail à chaque fenêtre) le confort d’été est parfaitement gérable et permet d’éviter toutes les périodes de surchauffe trop longues. C’est donc la solution qu’il faut systématiquement prévoir dans tous les projets, chaque fois que c’est possible. Bien sûr, il faudra expliquer aux usagers la nécessité de cette pratique quotidienne. Toutefois, cette solution simple et bon marché n’est pas toujours réalisable. Il en est ainsi dans les bâtiments de bureaux ou bien dans les logements en rez-de-chaussée, ou même en étage, lorsque l’immeuble est situé sur un carrefour ou sur une voie de circulation bruyante. Il sera alors nécessaire, soit de sécuriser les ouvertures, soit de mettre en oeuvre d’autres solutions.

=> Rafraîchissement par la nappe phréatique
Cette solution n’est pas généralisable : elle dépend de la présence d’une nappe phréatique et de la possibilité d’exploiter cette nappe (taille de l’opération, budget, autorisation, etc.). L’idée est de refroidir l’air neuf soufflé dans le logement par la ventilation double flux (à laquelle il faudra souvent recourir dans la construction de bâtiments performants) au moyen de l’eau fraîche d’une nappe phréatique. Concrètement, cela consiste à placer un échangeur air/eau (aussi appelé « batterie ») sur le soufflage d’air neuf. On met en route ce dispositif au début de l’été, et on l’arrête en fin d’été, en le laissant fonctionner en permanence durant toute cette période. L’objectif est de créer un petit rafraîchissement continu qui va conduire à un abaissement de la température des structures de 2 ou 3 °C.

Les mesures faites sur une installation de ce type montrent un abaissement des températures de l’air ambiant d’environ 3 °C par rapport à des bâtiments ne disposant pas de cet équipement. Toutefois, il faut faire attention à la profondeur de la nappe phréatique, car la consommation de la pompe qui en relève l’eau peut devenir très rapidement élevée. On considérera donc qu’au-delà d’une profondeur de la nappe phréatique de trois ou quatre mètres, l’opération n’est plus souhaitable.

=> Rafraîchissement par sondes géothermiques
Ce dispositif est associé à un mode de chauffage qui commence à se répandre avec l’arrivée des bâtiments à très basse consommation : une pompe à chaleur est associée d’une part à des sondes géothermiques (il s’agit de forages verticaux irrigués par des tubes) d’où elle tire son énergie, et d’autre part à un plancher chauffant/rafraîchissant dans lequel elle diffuse l’énergie produite. Ce dispositif a un avantage considérable : durant l’hiver, la pompe à chaleur a refroidi le sol, si bien qu’en été, l’eau circulant dans le sol est très fraîche. Si on l’injecte avec précaution dans le plancher chauffant/rafraîchissant, cela permet de maintenir une température très confortable à l’intérieur des bâtiments avec pour seule consommation d’énergie celle de la pompe de circulation puisqu’il n’est même pas nécessaire de mettre en route la pompe à chaleur.

Ce dispositif est assez répandu en Suisse et commence à se développer en France. Il est intéressant car la consommation de chauffage est très réduite, le confort d’été est garanti et le sol est ainsi rechargé en chaleur durant l’été, ce qui permet la pérennité du système dans le temps. Il s’agit donc d’une solution de chauffage au moyen de laquelle il est souhaitable de rafraîchir les bâtiments l’été !