Construire avec le climat

d'après :

TRAITÉ D’ARCHITECTURE ET D’URBANISME BIOCLIMATIQUES

Alain Liébard, et André De Herde

Construire en climats tempérés

es climats dits tempérés regroupent une grande variété de climats
locaux. Oslo, Marseille ou Athènes ne connaissent ni les mêmes
températures, ni le même ensoleillement, ni les mêmes précipitations. Il
est par conséquent nécessaire d’étudier avec intelligence le climat local,
enregistré par les observatoires météorologiques. La construction
traditionnelle, c’est-à-dire avant l’apparition des matériaux isolants, a
privilégié deux types de systèmes constructifs : construction massive en
pierre ou en briques (forte inertie) et construction légère en bois (faible
inertie).
Avec l’apparition des isolants, la situation est devenue plus complexe
: l’ambiance intérieure peut à présent être plus ou moins découplée des
conditions climatiques extérieures. Le confort est désormais assuré par la
réduction des déperditions thermiques dues à l’isolation. La construction
massive est exposée au rayonnement solaire pour accumuler la chaleur le
jour et la restituer la nuit. La capacité thermique importante des murs
permet de garder la fraîcheur à l’intérieur la journée et de limiter la chute
des températures la nuit : phénomène de déphasage (Fig. 2). Or, les
climats tempérés se caractérisent par des écarts journaliers de
températures inférieurs ou égaux à 10 °C : l’intérêt du déphasage y est
donc réduit. Cependant, les températures extérieures moyennes étant
constamment en dessous des températures de confort, il existe une
véritable saison de chauffe et donc nécessité d'emmagasiner de la chaleur
autrement que par l'effet de masse des murs extérieurs.
Le confort intérieur dans le cas d’une architecture solaire passive
n'est pas déterminé uniquement par la température mais aussi par les
valeurs de l'insolation directe ou indirecte. Cette donnée varie très
fortement dans le temps et représente un apport statistiquement non
négligeable. Dans une construction isolée, seule la masse située du côté
intérieur de l’enveloppe isolante contribue à une inertie utile (Fig. 1).
Les constructions en bois fonctionnent différemment : peu conducteur
de la chaleur, le bois s’échauffe et se refroidit vite. Il offre un contact
chaleureux qui évite la sensation inconfortable de paroi froide (Fig. 2).
Associé à de grandes surfaces vitrées, ce type de construction est souvent
victime de surchauffes. Par contre, du point de vue de la construction, les
ossatures bois permettent facilement d’intégrer un haut niveau d’isolation.
A ce titre, elles sont fréquemment utilisées dans les climats rigoureux
(Scandinavie) ou associées à un système de climatisation qui permet de
réguler les surchauffes (Amérique du Nord).
L’inertie constructive intervient sur les consommations de chauffage
(réduction des consommations dans le cas d’une occupation prolongée) et
les surchauffes (une partie de la chaleur est stockée pour être restituer
ultérieurement). En tout état de cause, une conception basée sur
l’utilisation des gains solaires directs, en climats tempérés, doit opter pour
un niveau d’inertie important.



Construire en climats chauds et secs

Parce que la matière a une certaine capacité à accumuler la chaleur,
le choix des matériaux permet, dans une certaine mesure, d’adapter le
bâtiment aux variations du climat local.
Les climats chauds et secs se rencontrent principalement au Proche-
Orient, en Afrique du Nord, en Australie et dans l’Ouest américain. Ces
quatre régions du monde ont chacune une culture particulière et un art de
construire différent. Il semble opportun, ici, de se pencher sur les traditions
constructives du Proche-Orient pour voir comment l’habitat vernaculaire
intègre la dimension climatique.
Nous prenons pour référence les données climatiques d’une ville telle
que Bagdad (Fig. 2). Il est important de remarquer que si les températures
sont élevées la journée, elles sont, par contre, relativement fraîches la nuit.
L’écart jour / nuit est important ( ∆T > 10 °C, effet de contraste), surtout en
saison chaude. En saison froide, les températures moyennes restent
inférieures aux températures de confort.
Pendant les chaleurs excessives de mai à octobre, il faut des murs
épais pour protéger l’intérieur des habitats. Mais ces murs emmagasinent
la chaleur et rend l’intérieur des habitations trop chaud la nuit pour y
dormir. Les nuits se passent généralement à l’air libre. En saison froide,
l’ambiance intérieure pourra être améliorée grâce au volant thermique
assuré par les murs épais et à la pénétration des rayons solaires à travers
les fenêtres ouvertes à midi.
Le rayonnement solaire est la principale source de chaleur en climat
chaud et sec. La chaleur se transmet principalement par conduction de la
chaleur absorbée par les murs et toitures. La vitesse de ce phénomène
dépend de la nature du matériau (conductivité thermique) et de l’état de
surface du matériau (couleur et texture).
Pour ce type de climat, il est donc sage de prévoir des murs massifs
et des toitures lourdes afin d’atténuer les effets des forts écarts journaliers
de température, ce qui aura pour effet de maintenir une certaine fraîcheur
le jour tout en emmagasinant de la chaleur pour les nuits plus fraîches. Il
faut également prévoir des parements de murs extérieurs qui réfléchissent
les radiations solaires et s’opposent ainsi à l’échauffement des murs en
question.
La figure 2 montre que, pour une surface peinte en blanc, 3 %
seulement de l’énergie incidente servent à réchauffer la masse de la paroi.
En effet, 90 % du rayonnement absorbé, représentant 30 % du
rayonnement incident, est réémis à l’extérieur. A gauche, le graphique
montre l’atténuation des effets des écarts journaliers de température grâce
à une construction massive. La courbe rouge représente l’évolution
journalière des températures extérieures (amplitude 15 °C) et la courbe
verte, celle des températures intérieures qui se maintiennent dans la zone
de confort (amplitude 3 °C).




Construire en climats chauds et humides

Les climats chauds et humides se rencontrent principalement en
Afrique centrale, en Asie, au nord de l’Australie et en Amérique latine. Ces
types de climats sont certainement ceux pour lesquels il est le plus difficile
d’aboutir à une architecture passive confortable. Les niveaux de confort
attendus aujourd’hui par l’occupant ne permettent plus, sous ces climats,
d’adopter des solutions de type vernaculaire.
Nous prenons pour référence les données climatiques d’une ville
sud-américaine telle que Cayenne en Guyane (Fig. 2). Son climat est
représentatif des régions équatoriales caractérisées par une chaleur
humide, de fortes précipitations, un haut degré hygrométrique allant de pair
avec un écart journalier de température inférieur à 10 °C et une
température élevée assez uniforme tout au long de l’année. Un tel climat
est trop chaud pour le confort diurne et celui de la plupart des nuits. En
effet, on situe la zone de confort diurne entre 18 et 24 °C et la zone de
confort nocturne entre 12 et 18 °C (Tables de Mahoney). Il n’y a donc
aucune raison de privilégier une construction qui puisse emmagasiner la
chaleur en journée pour la restituer la nuit puisque les nuits sont presque
aussi chaudes que les jours. Au contraire, l’emploi de matériaux lourds à
forte inertie thermique exposés au soleil la journée rendrait les nuits encore
plus inconfortables. La circulation d’air apparaît donc comme le facteur
essentiel permettant de diminuer l’inconfort résultant du climat.
Dans un tel climat, les bâtiments doivent être orientés selon un axe
longitudinal est-ouest afin de réduire l’exposition des façades au soleil. De
plus, on prévoira des baies aussi larges que possible pour que les vents
dominants puissent pénétrer dans les bâtiments (Fig. 1). Un vide d’air ou
des matériaux légers isolants en toiture permettront à cette dernière d’être
ventilée sans oublier pour autant une bonne résistance aux importantes
précipitations. Par ailleurs, le rayonnement solaire est la principale source
de chaleur et doit être évité.
Des recherches récentes menées en Australie ont permis de mettre
en évidence que le problème de la masse thermique est plus complexe
aujourd’hui : l’introduction des matériaux isolants découple la masse
thermique de l’exposition solaire. Une série de simulations (Fig. 2) a
permis de constater que les constructions massives peuvent présenter à la
fois les meilleurs et les pires résultats. Les facteurs critiques sont en fait le
taux de ventilation (il doit être élevé, pour dissiper les apports solaires et
les gains internes) et l’exposition des fenêtres (elles doivent être à l’abri du
soleil, de préférence au nord ou au sud). L’isolation n’est intéressante que
si elle est couplée à une ventilation importante (sinon les apports solaires
et internes s’accumulent à l’intérieur) et si l’ombrage et l’orientation des
fenêtres sont corrects (N ou S).
La figure 2 reproduit 2 cas parmi les 2 268 examinés. Le premier
représente une construction légère (sol en charpente sur vide ventilé, murs
en structure bois isolé et toit en tuile isolé) et le second une construction
lourde (sol en béton sur terre plain, murs en briques isolés par l’extérieur,
toit en tuile isolé). L’axe vertical mesure en degrés-heures le produit du
nombre d’heure où la température intérieure est supérieure à la
température de confort et le nombre de degrés d’écart : c’est donc une
mesure de la surchauffe. L’influence déterminante de l’ombrage (colonnes
3 et 4) et de la ventilation (colonnes 2 et 4) apparaît clairement.

MERCI

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