Construction Passive : Architecture Bioclimatique

La construction passive représente aujourd'hui une des réponses les plus efficaces aux défis de la durabilité dans le secteur du bâtiment.  La construction passive se concentre sur l'utilisation des conditions naturelles pour maintenir un environnement intérieur confortable sans dépendre excessivement des systèmes mécaniques. A l’opposé, la construction active fait appel aux technologies et au systèmes mécaniques pour contrôler l’environnement intérieur avec l’utilisation de systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation avancés (HVAC) et autres formes de technologies. En exploitant des principes d'architecture bioclimatique,  la construction passive permet de minimiser l'impact environnemental des bâtiments tout en offrant un confort optimal à ses occupants de manière naturelle. Selon une étude de l’Institut de la Construction Passive, les bâtiments passifs peuvent consommer jusqu’à 75% moins d’énergie que les constructions neuves standards. Ce blog explore les différentes techniques et stratégies de conception passive avec la conception solaire passive, l’intégration de la ventilation naturelle, l’importance de la masse thermique et de l’isolation et enfin l’aménagement paysager et les espaces extérieurs.

Conception Solaire Passive

La conception solaire passive est une stratégie centrale de l'architecture bioclimatique, cruciale pour l'efficacité énergétique des bâtiments passifs. Cette méthode tire parti de l'orientation du bâtiment, de la disposition des fenêtres, des matériaux de construction et de l'agencement global pour optimiser l'utilisation de l'énergie solaire pour le chauffage et l'éclairage, tout en limitant la surchauffe durant les périodes chaudes. Selon une étude du “U.S. Department of Energy”, La conception solaire passive peut réduire de 40 à 90% les coûts de chauffage, selon la mise en œuvre et la région climatique.

Optimisation de l'orientation

L'orientation du bâtiment est déterminante pour maximiser l'ensoleillement en hiver et le minimiser en été. Typiquement, les surfaces vitrées principales sont orientées vers le sud dans l'hémisphère nord (et vers le nord dans l'hémisphère sud) pour capter efficacement le soleil. L'été, des dispositifs tels que les avancées de toit, les brise-soleil, ou les arbres bien positionnés fournissent de l'ombre, réduisant ainsi le besoin de climatisation et améliorant le confort thermique.

Design et aménagement

Le design et l'aménagement intérieur jouent également un rôle clé dans la conception solaire passive. La disposition des espaces doit favoriser l'entrée de la lumière naturelle, réduisant ainsi la dépendance à l'éclairage artificiel. L'intégration de dispositifs comme les brise-soleils ajustables et les stores intelligents peut augmenter le confort des occupants et réduire les pics de chaleur.

Choix des matériaux

Les matériaux à haute densité et capacité thermique permettent de maintenir la température intérieure en absorbant les calories du soleil et en les restituant sur la durée, ceci s’appelle le déphasage thermique. Le choix de vitrages performants, tels que le double vitrage à faible émissivité, sont essentiels pour isoler mais aussi optimiser les gains en lumière. Ces vitrages sont conçus pour réfléchir le rayonnement infrarouge, ce qui aide à maintenir la chaleur à l'intérieur en hiver et à l'extérieur en été. Ces solutions sont cruciales pour le confort thermique des usagers et la réduction des besoins de chauffage et de climatisation entraînant une baisse des coûts opérationnels.

Ventilation Naturelle

La ventilation naturelle est un aspect crucial de la construction passive, permettant une régulation efficace de la température intérieure et une amélioration de la qualité de l'air sans dépendre excessivement de systèmes mécaniques. Ce système s'appuie sur les différences de température et de pression entre l'intérieur et l'extérieur du bâtiment pour créer un mouvement d'air naturel. Outre les bénéfices environnementaux par la réduction de l'utilisation d'énergie pour le chauffage et la climatisation, la ventilation naturelle offre également un confort accru pour les occupants et une diminution notable des coûts énergétiques à long terme. Selon Briar Energy, une étude a montré que la satisfaction des usagers atteignait 77% avec une ventilation naturelle, contre 50% avec une ventilation mécanique seulement.

Topographie et Orientation

La configuration et l'orientation du site jouent un rôle prépondérant dans l'efficacité de la ventilation naturelle. Une conception attentive qui tient compte de la topographie locale et de l'orientation du bâtiment peut maximiser l'utilisation des vents dominants et des courants d'air naturels, renforçant ainsi l'efficacité du système de ventilation. Il est primordial d’effectuer par exemple des simulation des vents (analyse CFD) pour repérer les flux d’air et élaborer des stratégies de conception pour utiliser ces flux d’air à notre avantage ou bien casser ces flux d’air grâce à l’aménagement paysager par exemple pour augmenter les performances du bâti. 

Conception et Ouvertures

Utiliser des ouvertures stratégiquement placées, comme les fenêtres, portes, portes-fenêtres, est essentiel pour créer des courants d'air efficaces. L’air chaud a tendance à stagner en haut et l’air frais en bas, en raison de la stratification de l’air. Une disposition intelligente des ouvertures permet  alors de capter l'air frais au niveau inférieur et de libérer l'air chaud accumulé au niveau supérieur, exploitant ainsi la convection naturelle pour ventiler le bâtiment efficacement, on appelle ce phénomène, “l’effet cheminée”.  Le choix des menuiseries est important quand on parle de la ventilation naturelle, l’utilisation d’aérateur au niveau des menuiseries peut être un choix judicieux pour optimiser la circulation de l’air.

Masse Thermique et Isolation

L'intégration de la masse thermique et d'une isolation performante dans la conception des bâtiments est cruciale pour réduire la consommation énergétique et augmenter le confort des occupants. Une masse thermique bien conçue peut réduire les besoins en chauffage en stockant la chaleur durant les heures de soleil et en la libérant pendant les périodes plus froides. Selon une étude de la NIA (National Insulation Association) les améliorations de l'isolation dans les bâtiments existants peuvent entraîner des économies d'énergie allant de 10 à 45% et peuvent aboutir à des réductions des émissions de carbone sur une période de 50 ans.

Isolation performante

Le choix d’une isolation thermique performante est crucial pour réduire les besoins de chauffage et augmenter le confort. Il faut choisir des matériaux à forte résistance thermique. La résistance thermique dépend de l’épaisseur de l’isolant ainsi que de sa conductivité thermique, plus la conductivité thermique d’un matériau est faible et plus sa capacité isolante est forte. Selon l'ADEME, dans un logement les pertes de chaleurs proviennent à 25-30% du toit, 20-25% des murs et 7-10% des planchers bas marquant l’importance d’une isolation efficace pour réduire les besoins énergétiques et réduire les coûts opérationnels. 

Inertie thermique

L'inertie thermique joue un rôle clé dans la régulation naturelle des températures intérieures. Les matériaux à forte densité stockent la chaleur absorbée pendant la journée et la libèrent lentement, ce qui aide à stabiliser la température intérieure lorsque les températures extérieures fluctuent, on appelle ce phénomène le déphasage thermique. Cette propriété permet non seulement de réduire l'utilisation des systèmes de chauffage et de refroidissement, mais aussi d'améliorer le confort thermique général du bâtiment.

Réduction des ponts thermiques

Les ponts thermiques sont des zones de la structure d'un bâtiment où se produit une perte de chaleur plus importante due à une isolation insuffisante ou à des discontinuités dans l'enveloppe du bâtiment. Ils représentent un défi majeur dans la conception des bâtiments économes en énergie car ils peuvent augmenter la demande de chauffage et de climatisation, réduire le confort intérieur et causer de la condensation. Une conception architecturale qui minimise les interruptions dans l'isolation est alors cruciale. Cela peut inclure l'alignement des isolants entre les murs intérieurs et extérieurs, l'utilisation de matériaux isolants continus sur plusieurs composants du bâtiment, et la minimisation des éléments conducteurs de chaleur qui traversent l'isolation.

Aménagement Paysager et Espaces Extérieurs 

L'aménagement paysager dans le cadre de l'architecture bioclimatique va au-delà de l'esthétique pour jouer un rôle fonctionnel significatif. Cette approche vise à exploiter le climat local et les ressources naturelles pour réduire activement la consommation d'énergie des bâtiments, améliorer le confort des occupants et gérer de manière durable les ressources en eau. L'utilisation stratégique de la végétation, par exemple, ne se limite pas seulement à fournir de l'ombre et à réduire les îlots de chaleur urbains, mais participe aussi à la création de microclimats bénéfiques pour les bâtiments environnants. Des études montrent que des arbres bien placés peuvent réduire jusqu'à 25% de l'énergie utilisée par un foyer typique pour le chauffage et la climatisation.

Utilisation de la végétation

La sélection et le placement stratégique des plantes sont essentiels. Les arbres, arbustes et autres plantes sont utilisés pour fournir de l'ombre, réduire la vitesse du vent, et améliorer l'isolation thermique autour des bâtiments. Cette stratégie est centrale dans la conception passive avec les points mentionnés précédemment. Ces éléments naturels sont particulièrement efficaces pour modifier le microclimat local, en réduisant la température de l'air ambiant grâce à la transpiration des plantes et en protégeant les bâtiments contre les vents froids ou chauds. 

Toiture et murs végétalisés

Les toitures vertes et les murs végétaux jouent un rôle double dans la conception des bâtiments. Ils offrent une isolation supplémentaire permettant de réduire les besoins de climatisation et de chauffage tout en gérant les eaux pluviales. Ils contribuent également à la biodiversité et aident à combattre les îlots de chaleur urbains. Les toitures vertes, par exemple, peuvent réduire la température maximale de la surface du toit de 25% et permettent de stabiliser la température avec une diminution d’environ 70% de la fluctuation de la température du toit permettant une réduction des besoins énergétiques. 

Gestion de l’eau

L'intégration de solutions de gestion durable de l'eau, comme les jardins de pluie et les systèmes de récupération des eaux de pluie, aide à réduire la dépendance aux systèmes d'approvisionnement en eau municipaux et diminue l'impact des eaux de ruissellement sur les infrastructures urbaines. Ces systèmes peuvent également contribuer à l'irrigation des plantations sans nécessiter d'eau supplémentaire, optimisant ainsi l'utilisation des ressources en eau. De plus, le choix du type de végétation dans l'aménagement paysager est tout aussi important, utiliser des végétaux natifs familiers au climat local et des espèces xérophytes (faible besoin en eau) permet de réduire considérablement les besoins en eau d’irrigation. Pour en apprendre davantage sur la gestion de l’eau des bâtiments durables consulter notre blog post dédié ici.

Conclusion 

La construction passive, avec ses principes d'architecture bioclimatique, représente une solution durable majeure pour répondre aux enjeux énergétiques et environnementaux actuels. En intégrant des techniques telles que la conception solaire passive, la ventilation naturelle, l'optimisation de la masse thermique et l'isolation, ainsi que l'aménagement paysager, ces bâtiments ne se contentent pas de réduire drastiquement la consommation énergétique mais offrent également un confort supérieur et une qualité de vie améliorée pour leurs occupants. Les économies d'énergie pouvant atteindre jusqu'à 75% par rapport aux constructions standards soulignent l'efficacité et l'importance de ces approches dans l'architecture moderne.

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