Orrientation, couleur et protection des façades des batiments bioclimatiques

< Retour vers la liste des articles

copyright www.cap-2024.com :

La reproduction, distribution et communication de ce site ou d’extrait(s) de ce site au public sont autorisés sous quatre conditions :
Condition 1 : sous réserve du respect des droits, notamment des droits d'auteur et de copyright du créateur de ce site et des personnes/entités dont des extraits d'oeuvre sont cités sur le présent site
Condition 2 : En cas de citations d'extrait(s) de textes, sous réserve que la taille de l'extrait garantisse de ne pas en déformer le sens et le contenu
Condition 3 : sous réserve de reproduire toute photographie dans son intégralité
Condition 4 : sous réserve de citer le présent site, cap-2024.com, et d'indiquer son adresse web, http://www.cap-2024.com , à chaque reproductions d'articles, de photos ou d'extraits d'articles, avec une taille de police de caractère assurant la lisibilité de la citation.

5 août 2010 (première publication) 18 octobre 2010 (dernière mise à jour)

« Bâtiment bioclimatique » devrait être un pléonasme. Car un bâtiment convenablement conçu prend minutieusement en compte l’environnement extérieur. Mais pour l’heure, l’héritage de « haute médiocrité environnementale » des bâtiments du 20 ième siècle ne permet pas de considérer ce terme comme pléonastique.

Photo ci-dessous : 20 ième siècle, siècle stupide déconnecté des réalités, jamais l'économie de l'humanité n'a été aussi inefficace : consommation monstrueuse d'énergie pour simplement habiter et vaquer à ses occupations ...

1 Orientation des façades en neuf et rénovation

(texte et illustrations extraits de "L'habitat durable, construire et rénover, écologique et économique, didier carbiener, edisud, 2008,2009, adaptation article en ligne cap-2024.com). Pour connaître le sommaire de cette ouvrage, cliquer ici

Dans les bâtiments existants, l’orientation des façades est trop fréquemment le résultat d’un choix subjectif et superficiel, ignorant le facteur déterminant majeur, l’orientation par rapport aux 4 points cardinaux.

Dans le cas d’une construction neuve, le choix de l’orientation des façades ou des ouvertures est ouvert. Il serait des plus fâcheux de ne pas pouvoir être capable de justifier les orientations retenues sur la base d’éléments objectifs et précis.

L’orientation Sud-Est est souvent présentée comme idéale. Elle offre les meilleurs atouts dès lors qu’elle concerne un appartement inséré dans un logement collectif, où nous n’avons que peu à nous préoccuper des orientations des autres façades.

Mais dans le cas d’une maison individuelle, il n’est pas nécessairement judicieux de disposer d’une façade idéale et de trois autres mal implantées. En effet, les deux autres façades adjacentes seront orientées Nord-Est et Sud-Ouest.

La première aura le désavantage de n’apporter pratiquement aucun rayonnement solaire en hiver. La deuxième aura l’inconvénient d’être particulièrement exposée aux rayons solaires estivaux aux heures les plus chaudes de la journée.

Sans autres contraintes particulières, la maison aura globalement les quatre orientations correspondant aux quatre points cardinaux : Nord, Sud, Est et Ouest. (schémas ci-dessous, en haut)

Dans le cas d’une rénovation, les façades ne pourront pas changer d’orientation ! Il est fréquent de constater que la répartition des ouvertures est déterminée par l’alignement de la rue ou d’autres éléments indépendants de la considération de l’orientation.

La rénovation sera alors l’occasion de redistribuer les ouvertures en agrandissant celles existantes ou en en créant de nouvelles sur la ou les façades globalement orientées Sud. (schémas ci-dessous, en bas)

En cas de contraintes d’urbanisme, de vues peu attrayantes ou encore la nécessité de préserver l’intimité de l’habitat, il ne faut pas se priver pour autant des bienfaits de l’apport de lumière et d’énergie solaire. Il pourra être pris l’option d’un vitrage opaque ou d’un « mur trombe ».

2 Couleur des façades et toitures - consommation énergétique des bâtiments

bilan brûlant

(texte inédit)

En matière de couleur des façades et des toitures des bâtiments, le même constat que pour l'orientation des façades peut être fait : les choix se font sans réflexion sur leur impact sur la consommation énergétique.

L'usage frénétique d'une énergie dilapidée, héritage du siècle passé, nous a déconnecté des plus élémentaires et perceptibles des réalités : les couleurs claires renvoient le rayonnement solaire, les couleurs sombres l'absorbent et réchauffent les matériaux. Ce phénomène peut être observé tous les jours. Par exemple en touchant la carrosserie d'une voiture blanche, puis noire. Cette dernière sera brûlante, la première simplement tiède.

La capacité a renvoyé le rayonnement solaire est appelée réflectivité. Plus elle est grande et s'approche de 100 %, moins de rayonnement solaire sera absorbé et transformé en rayonnement thermique, réchauffant les matériaux.

En géographie, un terme proche est utilisé, l'albedo. Celui-ci varie en fonction de la nature de la couverture terrestre. Aussi les calottes glacières ont un albedo proche de 1 (100 % de reflectivité). Si cette calottes fond et libère des sols tourbeux sombres : l'albedo se rapproche de 0 et le sol se réchauffe considérablement.

Pour les façades des bâtiments, le même phénomène s'observe : la reflectivité diminue avec les couleurs sombres et la température des façades, puis des murs, augmente.

Dans le sud-est de la France, la rénovation des quartiers anciens signe souvent le retour de couleur vives, "toscanes".

photo ci-dessous : le décor est beau, mais le confort de vie et la consommation énergétique après rénovation ?

Ces couleurs sombres sont adaptées aux quartiers à rues étroites, sans ensoleillement.

L'étroitesse des espaces de circulation extérieurs est souvent le propre de l'urbanisme traditionnel des pays chauds, intégrant parfaitement les contraintes climatiques. Exemple, les villes yéménites aux bâtis en terre crue, sombres, mais non soumis aux rayons du soleil.

Mais l'usage de couleur sombre n'est pas du tout adapté aux villes du sud dès lors que les façades sont soumises à l'assaut du soleil.

En posant en milieu de matinée une main sur les 3 couleurs de la façade est ci-dessous, il peut être constaté que l'enduit blanc, n'est pas chaud, que le rouge l'est et que le jaune l'est très légèrement.

La blancheur des enduits de l'habitat méditerranéen grec intègre parfaitement ces données.

L'avenir en blanc de nos villes

Dans une construction bioclimatique expérimentale en Crète datant de 1997, la pose sur le toit terrasse d'un enduit à forte réflectivité (89 %) a entraîné une diminution de la température intérieure de 1,5 degré et permis une réduction de la consommation d'énergie de 20 %.

(source : coolroofs.univ-lr.fr)

De façon plus globale, la lutte contre les îlots de chaleur urbain et son corollaire la diminution des consommations énergétique des bâtiments, repose pour le spécialiste iranien Hashem Akbari, chercheur aux Etats-Unis depuis 1975 sur le tryptique suivant : " il faut utiliser des toits blancs, planter des arbres et ne pas construire de trottoirs avec asphalte."

"Avec son équipe baptisée « Heat Island Group », ils ont mené de nombreuses études afin de démontrer le bien fondé de sa thèse. Des mesures effectuées à Sacramento, ville d'environ 5000 000 habitants située dans la vallée centrale de Californie, ont permis de montrer que des immeubles dont les façades sont légèrement plus colorées que d'autres présentent des consommations énergétiques liées au rafraîchissement de 40% inférieures en moyenne à des bâtiments dont les murs extérieurs sont plus sombres. Un chiffre confirmé par le Florida Solar Energy Center qui a mené une étude similaire." (source : lemoniteur.fr, le 21/01/2010)

Les "îlots de chaleur urbain" que constituent les grandes agglomérations sont connues depuis des décennies. L'absence de végétation et les surfaces imperméabilisées provoquent un réchauffement de l'air plus important que dans les sites non urbanisés.

Pourquoi ? : Sur toutes les infrastructures et constructions, le rayonnement solaire est absorbé et transformé en rayonnement thermique qui diffuse de la chaleur. Sur les surfaces végétalisées, par contre, le rayonnement solaire est capté par les végétaux qui transforment cette énergie en biomasse par la photosynthèse. De plus, la photosynthése fonctionnent selon un processus qui nécessite de l'eau. Les plantes absorbent l'eau à l'état liquide dans le sol et la rejettent à l'état gazeux dans l'air. Or ce processus, appelé "évapotranspiration" consomment beaucoup d'énergie, comme lorsque nous faisons chauffer de l'eau dans une casserole. L'absorbtion de cette énergie tirée du rayonnement solaire, entraîne une diminution de la température de l'air.

En résumé une part du rayonnement solaire est transformée :

- en chaleur, sur les espaces urbanisés,

- en biomasse et en vapeur d'eau sur les surfaces végétalisées.

Ces phénomènes expliquent que la différence de température entre les grandes agglomérations et leurs périphéries végétalisées peut atteindre 4 à 5 degrés.

Selon les études de Hashem Akbari, une simulation réalisée sur Los Angeles estime " qu'en recouvrant deux tiers des routes et des toits, en plus du plantage d'arbres, la ville pourrait voir sa température baisser de 2 à 3 degrés" (source : Gardian cité dans "La peinture blanche contre le réchauffement climatique", yahoo, février 2008)

L'inovation dans les peintures réfléchissantes pour les bâtiments et infrastructures se développe. Aussi, le groupe chimique "Arkéma" a mis au point une résine "sans solvant" qui conserve sont pouvoir réfléchissant durant 20 ans, applicable sur tout type de support, bois, métal, ciment. (source : le figaro.fr du 03/09/10).

Mais sans solvant, ne veut pas dire sans innocuité : comment savoir si le composant utilisé , "le polyflurorure de vinylidène", n'a pas d'impact sur l'environnement ?

En chimie, ce produit appartient à la famille dite des "organohalogénés", reconnue pour la dangerosité pour l'environnement et l'homme des sous-produits de dégradation. La réglementation impose une collecte de ces déchets classés comme dangereux.

En cosmétique et pharmacie, aujourd'hui, le parabène est connu et reconnu pour sa nocivité. Pourtant, à sa création, nul ne pouvait le présager au seul examen de sa formule chimique, bien anodine a priori et proche d'une molécule naturelle inoffensive, l'acide benzoïque".

Pour information, le parabène est néanmoins toujours autorisé et présent dans nombre de médicaments et autres crèmes.

En conclusion, des villes aux bâtiments (toits et façades) et routes claires et réfléchissantes, richement pourvues d'arbres, parcs et jardins, seront plus lumineuses, agréables à vivre et économes en énergie.

3 Le confort d'été : les protections solaires architecturales

(texte extraits de "L'habitat durable, construire et rénover, écologique et économique, didier carbiener, edisud, 2008,2009, adaptation article en ligne cap-2024.com)

Une fois la saison hivernale achevée et le recours au chauffage définitivement abandonné, survient plus ou moins rapidement la période où le soleil devient un handicap.

Ses rayonnements réchauffent l’intérieur des maisons en franchissant les ouvertures vitrées et échauffent les façades.

Les trois façades exposées au soleil, à l’Est, au Sud et à l’Ouest, devront disposer d’éléments architecturaux spécifiques permettant de s’interposer aux rayonnements solaires d’été.

Note : trop souvent, seules les ouvertures vitrées sont l'objet d'une prise en compte, alors que c'est la totalité des façades exposée aux assauts du soleil d'été, tout particulièrement dans le sud de la France et en pays méditerranéens qui doivent être protégé pour garantir un confort d'été satisfaisant.

Façade Sud

La façade Sud est celle qui perçoit les rayonnements solaires lorsqu’ils sont au plus haut dans le ciel.

Pour cette raison, il s’agit de la façade captant le maximum de rayonnements solaires sur l’année. Mais, a priori paradoxalement, ce n’est pas la façade captant le plus de rayonnements en été. Les rayons étant moins inclinés par rapport à la façade, l’absorption est moindre que sur les façades Est et Ouest.

(source: Architectures solaires en Europe, Commission européenne, Edisud, 1991)

C’est également cette particularité qui fera de la façade Sud la plus aisée à protéger des rayonnements estivaux.

Pour cette façade, l’architecture pourra intervenir efficacement sous différentes formes. Au niveau du toit, il peut être prévu une corniche à large débordement.

Entre les étages, il peut être inséré un cache architectural en maçonnerie ou d’un matériau distinct.

La maison peut également être conçue en encorbellement, faisant que l’étage supérieur protége celui d’en dessous.

Enfin, cette façade peur être munie d’un auvent ou d’une pergola.

Ci-dessous : les principaux dispositifs efficaces de protections solaires estivales sur les façades Sud.

Schémas : Alexandre Delattre

Quelle que soit la solution retenue, l’inclinaison du soleil étant minimum dans cette orientation, son dimensionnement sera plus réduit que sur toute autre orientation.

De façon approximative, il faudra prévoir un cache d’une largeur équivalente à la moitié de la hauteur à protéger. Cette formule est valable pour le Sud de la France.

Elle est théoriquement insuffisante plus au Nord où l’inclinaison du soleil est plus importante.

Cependant dans tous les cas, si de telles protections sont effectivement mises en place, elles permettront une occultation d’une grande majorité de la façade et éviteront efficacement son échauffement journalier, sans compromettre en rien, son refroidissement nocturne. Ni ses capacité à recevoir le soleil hivernal réchauffant.

Photos ci-dessous : baie vitrée au Sud avec sa protection estivale (d'Alexandre Delattre, extrait de "L'habitat durable", didier carbiener, Edisud)

Façades Est et Ouest

Il convient d’être particulièrement attentif au cas spécifique de ces deux orientations.

Au soleil couchant et levant, dans la matinée et l’après-midi, même en plein été, le soleil conserve une inclinaison importante. Il se présente avec des rayonnements parvenant fortement inclinés contre les façades, accroissant d’autant leur facilité à traverser les ouvertures vitrées et à réchauffer les façades.

Il est illusoire de considérer que les dispositifs d’écrans solaires estivaux installés sur la façade Sud puissent être efficaces avec les mêmes caractéristiques sur les façades Est et Ouest. Cela pourra apparaître attrayant sur le plan du projet.

Mais en réalité, une fois la construction ou la rénovation achevées, les désagréments de leur inefficacité apparaîtront dès le premier été d’habitation.

Il est nécessaire d’insister particulièrement sur cet aspect, tant l’absence de prise en considération de la protection solaire ou encore une mauvaise prise en considération sont courantes. Y compris dans certaines réalisations d’architectes de renom, où la prise en compte de la protection du rayonnement solaire était pourtant revendiquée.

Photo : façade est d'un terminal portuaire le matin : absence de protection solaire, contrairement à la façade sud, très bien protégée

En orientation Est et Ouest, approximativement, les rayons solaires ne sont pas au-dessus de l’habitation, mais face à elle.

C’est dire que des avancées telles que préconisées pour la façade Sud ne seront efficaces que si elles ont une largeur au moins aussi importante que la hauteur de la façade à protéger. Soit le double de ce qui est nécessaire et suffisant coté Sud !

Photo ci-dessous : Façade ouest équipée d'une avancée de toit adaptée à une façade sud : gare aux réchauffent brûlant de l'après midi

Une avancée de toit et tout autre dispositif présenté précédemment sont possibles mais avec l’obligation de respecter la grande dimension de débordement.

Parmi les solutions les plus simples et les moins onéreuses à mettre en œuvre, relevons celle de la pergola. Le choix de sa structure pourra être varié.

La solution la plus commune est la structure en bois. Mais le choix du métal peut aussi être retenu : aluminium, acier galvanisé, fer forgé… Dans un souci d’entretien limité, plus exactement nul, il peut être préconisé de faire appel à l’acier inoxydable.

Les structures de soutien les plus légères pourront être réalisées en câbles tendus, inoxydables eux aussi.

La pergola peut aussi être réalisée en maçonnerie, sous forme de poutrelles de béton ou en métal intégré dans la structure porteuse. Dans cette situation, il faudra éviter avec soin un pont thermique. Sinon, la structure de la pergola jouera le rôle d’un radiateur en été et d’un refroidisseur en hiver, ce qui n’est pas le but induit de son installation !

L’avantage d’une pergola est la liberté de choix des pare-soleil pouvant être disposés. Ils pourront être soit des structures permanentes, telles que des lamelles de bois, soit des structures saisonnières, installées en mai – juin et retirées en septembre – octobre, telles qu’une toile tendue, un treillis en plastique ou en matière naturelle comme les cannes de bambou fendues ou encore des roseaux, des bruyères ou des branchages.

Dans le Sud de la France, les pergolas constituées de structures métalliques simples coiffées d’une trame de « cannisses » (bambous ou roseaux fendus) sont des plus communes et dans bien des situations fort attrayantes.

Photos ci-dessous :baie vitrée à l'est,avec sa protection estivale (d'Alexandre Delattre, extrait de "L'habitat durable", didier carbiener, Edisud) Sous cette exposition, le prolongement verticale de la protection solaire est indispensable

Cette solution a l’avantage de demeurer perméable aux mouvements d’air, ce qui contribue à son grand confort. En outre, elle a l’avantage d’être facilement mise en œuvre et à un coût restreint.

Même avec une avancée importante, le résultat pourra paraître insuffisant aux heures où le soleil est rasant.

La solution simple et efficace consiste à prolonger le pare-soleil, vers l’avant, en projection verticale. Cette solution peut être préférable à l’installation d’une pergola plus basse, par exemple à 2 mètres 20, juste au-dessus d’une baie vitrée.

En installant une pergola de même dimension, mais plus haute, soit à la même hauteur que le plafond de la pièce intérieure, par exemple 2 mètres 70 et en y rajoutant en plus un pare-soleil vertical de 50 centimètres, voire plus, la protection sera au moins aussi efficace.

De plus, le volume plus important sous la pergola facilitera sa ventilation. Un gain de confort sera obtenu.

Au niveau architectural, cette disposition peut aussi donner l’occasion de cadrer une vue extérieure avec un bel effet.

Ci-dessous : les principaux dispositifs efficaces de protections solaires estivales sur les façades est et ouest.

Schémas : Alexandre Delattre

 

Le choix de la végétalisation de la pergola peut aussi être attrayant

Le choix des végétaux se portera exclusivement sur des végétaux à feuilles caduques, afin que l’absence de feuillage durant la période hivernale permette la pénétration des rayons de soleil. En été au contraire, le feuillage fait écran aux rayonnements indésirables.

Une structure simple métalique recouverte d'une vigne américaine (Parthenoscissus quinquefolia) : une solution peu onéreuse, rapide et très efficace pour assurer ombrage et fraîcheur

Protection des Façades par la végétation

Les solutions anciennes et traditionnelles consistent à recourir à une plante grimpante, se cramponnant à la façade, tels que les lierres ou certaines vignes vierges.

De nouvelles solutions sont proposées sous forme de dispositifs plus ou moins onéreux de fixation de plantes grimpantes volubiles, c’est-à-dire capables de se fixer à un support (et non pas de se cramponner directement à la façade).

Ce choix peut facilement être retenu en ayant recours à des dispositifs faciles et guère onéreux à mettre en place. Le plus simple étant l’installation de câbles d’acier inoxydable, disposés verticalement et espacés de 50 centimètres.

Aux niveaux inférieur et supérieur, un câble horizontal peut venir faciliter la progression en largeur de la plante grimpante.

Au delà des plantes grimpantes sur les façades, le recours à la végétation pour ombrager peut aussi être très efficace : solution ancienne, simple, souvent négligée, mais à concevoir avec soin.

Cette solution peut être d’emblée efficace, s’il a été pris le soin de préserver une végétation existante correctement positionnée.

Par contre, l’installation de plantations nécessitera inéluctablement un temps de latence, d’ici à ce que la croissance ait été suffisante pour atteindre l’objectif d’ombrage.

Mais il ne faut pas pour autant se désintéresser de ce choix pour cette raison. Au bout de trois années, une plantation soignée de végétaux bien choisis, peut apporter l’ombrage souhaité.

Il convient une fois de plus de distinguer l’orientation Sud, de celles Est et Ouest.

Toujours pour la même raison d’inclinaison du soleil, l’orientation Sud n’est pas la plus aisée à ombrager. A distance égale, il faudra que la végétation atteigne au moins le double de hauteur pour être efficace. En outre, elle peut constituer un masque indésirable au printemps ou en automne, lorsque les rayonnements solaires sont les bienvenus contre la façade et à travers ses ouvertures vitrées.

La façade Sud n’est donc pas dans le cas général celle de prédilection pour l’ombrage végétal. Si son recours est souhaité, il sera fait appel sous toutes les latitudes à des arbres ou arbustes à feuillage caduc (tombant en automne), à débourrage tardif et à chute des feuilles précoce. Les plantations seront réalisées près de la façade pour la protéger efficacement.

Les façades Est et Ouest par contre peuvent être rapidement ombragées efficacement par des végétaux à croissance rapide. Mais il est également nécessaire de maîtriser le développement à plus long terme

Photo : solution traditionnelle oh combien efficace dans le sud de la France : le platane procure un ombrage estival efficace alors qu'en hiver la chute des feuilles permettra d'accueillir les rayons solaires bienvenus

Pour en savoir plus : L'habitat durable Construire ou rénover écologique et économique Didier Carbiener Edisud 2008,2009 - pour connaître le sommaire, cliquer ici

 
 

< Retour vers la liste des articles

copyright www.cap-2024.com :

La reproduction, distribution et communication de ce site ou d’extrait(s) de ce site au public sont autorisés sous quatre conditions :
Condition 1 : sous réserve du respect des droits, notamment des droits d'auteur et de copyright du créateur de ce site et des personnes/entités dont des extraits d'oeuvre sont cités sur le présent site
Condition 2 : En cas de citations d'extrait(s) de textes, sous réserve que la taille de l'extrait garantisse de ne pas en déformer le sens et le contenu
Condition 3 : sous réserve de reproduire toute photographie dans son intégralité
Condition 4 : sous réserve de citer le présent site, cap-2024.com, et d'indiquer son adresse web, http://www.cap-2024.com , à chaque reproductions d'articles, de photos ou d'extraits d'articles, avec une taille de police de caractère assurant la lisibilité de la citation.