Capteurs vitrés intégrés en façade de maisons ossature bois (ici lors des tests effectués par les chercheurs du FCBA).
Utilisés en conception bioclimatique, les systèmes pariétodynamiques récupèrent les déperditions et tirent profit des apports solaires. Aperçu de quelques-unes de ces techniques.
Une façade bien orientée par rapport au soleil, deux parois séparées par une lame d'air en mouvement, tel est le schéma de base d'un système pariétodynamique. La paroi côté extérieur - en général du vitrage - fait office de capteur solaire qui chauffe la lame d'air piégée derrière celle-ci, actionnant le phénomène de tirage naturel. Durant son ascension, l'air récupère les déperditions de la paroi intérieure. Différentes utilisations de ce principe sont possibles et les composants architecturaux mis au point depuis une trentaine d'années - mur Trombe-Michel, fenêtres dynamiques, capteurs intégrés en façade. - tirent diversement parti des possibilités qu'offre cet air en mouvement chauffé gratuitement (ventilation avec de l'air préchauffé, création d'une couche isolante, stockage dans des masses pour un chauffage par rayonnement).
Pour le confort d'été, des systèmes de protection solaire et/ou d'évacuation de l'air par l'extérieur à l'aide d'un by-pass doivent être systématiquement prévus. Pour l'entretien, les systèmes doivent prévoir un nettoyage (plutôt annuel) des vitrages en contact avec la lame d'air.
Le principe d'origine du mur Trombe-Michel (du nom de ses deux inventeurs) combine les deux modes de chauffage (convection et rayonnement). Par convection, le vitrage est installé devant un mur de couleur sombre percé d'ouvertures hautes et basses. L'air, passant par l'ouverture basse, est chauffé entre les deux parois et pénètre dans la pièce au travers des ouvertures supérieures. Par rayonnement, le mur lourd (béton, terre cuite ou crue) renvoie dans la pièce la chaleur qu'il a stockée. Le chauffage de l'air entre les deux parois crée un effet de cheminée qui aspire l'air rafraîchi par les ouvertures inférieures du mur et le cycle reprend. La nuit et lorsque la vitre se refroidit, le flux s'inverse. Il est donc nécessaire de prévoir l'installation sur les ouvertures de clapets automatisés pour éviter de refroidir la pièce. Un volet de protection nocturne à l'extérieur de la vitre améliore aussi les performances. Le principal inconvénient de ce système est qu'il oblige à des façades aveugles côté sud.
Il devient utile en revanche pour valoriser les apports sur une façade sud lorsque celle-ci n'est pas utilisée pour la vue. Tel était le cas pour les bâtiments administratifs de la communauté d'agglomération d'Hénin-Beaumont où un mur Trombe a été utilisé pour chauffer une salle de réunion.
Diminuer de 25 % les besoins de chauffage
L'appellation « mur Trombe » s'applique souvent aujourd'hui de façon plus large à des murs pariétodynamiques qui utilisent le système pour réchauffer l'air neuf. C'est le cas de l'ensemble de quatre murs pariétodynamiques de 350 m2 au total, conçus pour le lycée professionnel Vimeu à Friville-Escarbotin (Somme) et livrés partiellement en septembre 2009. La paroi a été isolée côté salles de classe et l'inertie du mur côté vitrage est utilisée pour réguler la température de l'air (architecte : G. Borderioux, bureau d'études HQE : Tribu). Le système permettra de diminuer les besoins de chauffage d'environ 25 %.
Les fenêtres pariétodynamiques utilisent elles aussi l'air préchauffé pour les apports de chaleur et d'air neuf. Dans le système Paziaud, conçu et breveté dès les années 1980 et intégré à une trentaine de chantiers (environ 2 500 logements sociaux réhabilités), les fenêtres sont composées de trois parois vitrées. Aspiré par une pression négative créée par le système de ventilation, l'air entre dans la fenêtre par
le haut de la vitre extérieure.
Il est chauffé par effet de serre lors de son passage le long de la vitre centrale et récupère par conduction les déperditions de la pièce lors de sa remontée le long de la vitre intérieure avant de pénétrer, ainsi doublement réchauffé, dans le local.
Ce cumul donne à ces fenêtres des performances d'isolation très intéressantes (un U dynamique moyen de 0,4 W.m2/K selon les situations). Si leur intérêt dans le cadre du standard BBC est discuté par certains thermiciens, notamment pour le manque de contrôle de l'air entrant qu'elles supposent, elles sont jugées viables par Christian Cardonnel, du bureau d'études thermiques Cardonnel Ingénierie, « à condition que l'étanchéité à l'air soit bien assurée dans le bâtiment ». Couplées à une ventilation naturelle activée (VNA), elles forment l'un des éléments thermiques clés d'une des propositions de réhabilitation de logements collectifs à haute performance énergétique retenues dans le cadre de la consultation REHA du Plan urbanisme construction architecture (architecte Jean-Luc Collet).
Des « enveloppes hybrides » multifonctionnelles
Venu du Canada et utilisé en Amérique du Nord depuis une trentaine d'années pour les hangars industriels ou sportifs, en neuf comme en réhabilitation, le bardage solaire SolarWall permet de récupérer de l'air chaud grâce à sa surface métallique de couleur sombre, dont les micro-perforations forment les entrées d'air.
Réchauffé entre le bardage et la paroi, l'air est redistribué par le système de chauffage ou de ventilation. Le système peut être couplé à une VMC à double flux pour en améliorer les performances. Un système de déstratification, qui récupère l'air chaud stagnant en hauteur, est aussi proposé par la société. Les économies de chauffage vont de 10 à 40 % avec un temps de retour sur investissement de deux à sept ans. Le principe de la « double peau » appliqué à la maison à ossature bois est à l'origine de la recherche du FCBA (Institut technologique forêt cellulose bois-construction ameublement, ex-CTBA) sur les systèmes pariétodynamiques. En 2006, le travail a abouti à la conception d'un capteur à air de 60 cm de largeur qui s'insère à la façade entre deux montants de l'ossature porteuse. L'air réchauffé à l'intérieur du capteur est envoyé grâce à un ventilateur vers des masses intérieures lourdes, les transformant, en hiver, en émetteurs de chaleur (système hypocauste). Un double mur en béton forme la masse thermique, à l'intérieur de l'espace de 5 cm de largeur, des chicanes canalisent l'air chaud et l'obligent à se répartir sur l'ensemble de la surface. En été, cette masse apporte l'inertie qui manque aux constructions bois. D'après les simulations, 8 m2 de capteurs permettent de réaliser 13 % d'économies sur les besoins de chauffage d'une habitation de 120 m2.
Les recherches du FCBA se tournent aujourd'hui vers l'« enveloppe hybride », multifonctionnelle. L'idée est de « transformer l'enveloppe en un véritable échangeur thermique optimisé tout au long de l'année », explique Jean-Luc Kouyoumji, ingénieur de recherche. « Avec le BBC, nous nous orientons vers l'air comme fluide caloporteur, car c'est la solution la plus économe en énergie et en installations. » Le principe pariétodynamique a donc de beaux jours devant lui.
