L’architecture bioclimatique ou comment dompter le soleil

Si le concept n’est pas récent, l’architecture bioclimatique revient cependant en force avec la mise en place de nouvelles réglementations thermiques qui favorisent la chasse aux déperditions énergétiques. Dans l’obtention du label HQE, la cible 10 (Confort visuel) préconise « l’éclairage naturel optimal (Confort et dépenses énergétiques), éclairage artificiel satisfaisant en appoint de l’éclairage naturel ». Priorité est donc donnée à la lumière naturelle.

De son côté, la RT 2012 impose le calcul de l’indice Bbio, à savoir le besoin bioclimatique de l’habitation. Cet indicateur est censé caractériser la conception climatique des bâtiments. Sa formule tient en une somme pondérée de consommations en énergie primaire.
Cette pondération rend son interprétation floue. L’architecture bioclimatique se base sur l’amélioration naturelle du confort de l’usager, ce qui implique la prise en compte de nombreux paramètres, notamment la gestion de l’éclairage naturel. « Celui-ci dépend de quelques facteurs clés, explique Édith Akiki, ingénieur et gérante du BET Tribu. Le premier tient à la présence éventuelle de masques extérieurs lointains sur lesquels il n’est pas possible d’intervenir, comme les paysages ou les immeubles. Le second concerne les masques proches qui sont le bâtiment lui-même à savoir les casquettes, les balcons ou encore les avancées de toit. Il est impératif de les optimiser pour qu’ils soient bien dimensionnés pour l’été tout en laissant pénétrer la lumière en hiver. Troisième facteur : il faut définir les filtres par façade. Ceux-ci dépendent du type de vitrage employé (transmission lumineuse) et de la surface vitrée. Celle-ci est à optimiser en fonction de l’usage, car l’on ne conçoit pas un immeuble d’habitation comme un immeuble de bureaux. Il faut compter en règle générale une durée d’ensoleillement à l’intérieur de l’édifice de deux heures minimum en hiver, ce qui peut être très compliqué, notamment pour les niveaux bas en milieu très urbain. » Quatrième point : il faut ajouter les autres protections solaires, fixes ou mobiles de préférence, afin d’optimiser l’utilisation de l’éclairage naturel, lorsque le soleil n’éblouit pas.
Cinquièmement, la profondeur des pièces et la couleur des parois ont une incidence sur la réflexion lumineuse. Une pièce profonde devra posséder des surfaces vitrées plus importantes, afin de garantir un éclairage naturel en fond de pièce. « La morphologie et la profondeur du local sont des points à optimiser, car la lumière directe ne pénètre que jusqu’à 6 ou 7 m, poursuit Édith Akiki. C’est plus facile dans un logement, car en fonction de leur usage, des parties exposées à la lumière côtoient des zones moins éclairées. Ainsi, le séjour doit être un espace lumineux, tandis que dans les chambres d’adulte, par exemple, qui sont la plupart du temps inoccupées la journée ne nécessitent pas une exposition à la lumière naturelle importante. »
Le concepteur peut s’appuyer sur la mesure de la quantité de lumière naturelle à un point donné de la pièce. Une valeur qui devra s’adapter à l’usage. Par exemple, pour un immeuble de bureaux, la quantité de lumière naturelle nécessaire est calculée sur l’éclairement d’un plan de travail à 80 cm du sol.

Facteur de lumière du jour et autonomie

Parmi les indicateurs importants, le Facteur de lumière du jour (FLJ), exprimé en pourcentage, constitue un des éléments déterminants dans la conception bioclimatique. Il s’agit du rapport de l’éclairement naturel intérieur reçu en un point à l’éclairement extérieur simultané sur une surface horizontale par ciel couvert. Cet indicateur ne prend toutefois pas en compte l’orientation des baies vitrées, la saison ou encore l’heure du jour.
Le second indicateur est l’autonomie (Daylight Autonomy ou DA), à savoir le pourcentage des heures occupées par an, où le niveau d’éclairement requis est assuré par la lumière naturelle. « L’autonomie prend en compte l’éclairement disponible extérieur en fonction de la zone géographique et de l’orientation des façades, précise Édith Akiki. Pour une salle de classe par exemple, il faut 300 lux sur un plan de travail. L’autonomie en lumière du jour à 40 % signifie que ce niveau est atteint 40 % du temps d’occupation. » De nombreux logiciels de modélisation 3D et de simulation des niveaux d’éclairement de la lumière naturelle existent sur le marché parmi lesquels Dial+, Daysim, Dialux, Ecotect ou encore Archiwizard. « Ces logiciels sont plus ou moins ergonomiques, ajoute Édith Akiki. Ils sont beaucoup utilisés pour la conception de bâtiments tertiaires, mais peu pour l’habitat. »

Surface vitrée et masques proches

Le calcul de la surface vitrée doit permettre de récupérer un maximum de lumière naturelle tout en limitant surchauffe et dépenses énergétiques. Les surfaces vitrées sont privilégiées au sud, favorisant l’apport solaire. « Dans notre bureau d’études, nous préconisons une surface vitrée minimale de 20 % pour les logements, ajoute Édith Akiki. La surface vitrée minimale imposée par la RT 2012 est de l’ordre de 1/6, soit 1 m ² de surface vitrée pour 6 m ² de surface habitable dans les logements. Pour l’habitat, une façade avec 25 % de surface vitrée par rapport à la surface du sol est le maximum, car au-delà, le confort d’été et les besoins de chauffage sont difficiles à gérer, et la répartition de la surface vitrée doit se faire en fonction des besoins réels. Dans un séjour, la surface vitrée, souvent importante, ne doit pas dépasser les 30%. » La qualité du vitrage se mesure à sa transmission lumineuse, qui peut osciller entre 0,7 pour un vitrage clair et 0,3 pour un vitrage à contrôle solaire performant. Les masques proches doivent également faire l’objet d’une attention particulière. Mal dimensionnés, ils peuvent diminuer l’apport de lumière. « Les balcons peuvent poser problème s’ils sont profonds, note Édith Akiki. En outre, lorsqu’ils sont filants et qu’il y a une séparation physique entre les logements, le logement a beaucoup moins de ciel visible et donc moins d’éclairage naturel direct. Il faut des filtres pour se protéger l’été et des éléments effaçables en hiver. Il est préférable de privilégier des persiennes ou des stores à lamelles qui favorisent également la ventilation naturelle l’été. Les étagères à lumière sont également intéressantes, car elles permettent de se protéger du soleil, tout en diffusant la lumière vers le fond de la pièce. »