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Les déclinaisons du mur Trombe

Jacques Rolland

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AVIS D'EXPERT

Laurent Zalewski
Professeur à l'université d'Artois, faculté des sciences appliquées 

« Rechercher un déphasage fin »
« La conception d'un mur Trombe dépend de l'effet thermique recherché. Dans l'habitat, il faut jouer sur un déphasage de 6 à 9 heures au maximum, alors que dans le tertiaire, un chauffage rapide est préférable. Le déphasage dépend du type de mur solaire, de l'épaisseur et de la nature de la paroi stockeuse. Le mur de stockage peut être en parpaing plein, en terre crue ou en béton banché. Dans tous les cas, le mur Trombe monobloc classique est efficace. Il stocke l'énergie dès qu'il y a du soleil et ventile rapidement les calories dans le bâti. C'est un capteur/stockeur à air. Son inconvénient est qu'il permet difficilement de contrôler l'énergie stockée. Mieux vaut alors utiliser un mur Trombe composite, au rendement certes moindre, mais qui permet de contrôler les apports dans le bâti. »

Les déclinaisons du mur Trombe

Grâce à un pare-soleil adapté à l'inclinaison solaire, le mur Trombe en terre crue de la médiathèque de Betton diffuse de la chaleur uniquement en hiver, pas en été.

© Liard & Tanguy

Mis au point dans les années 60, le procédé Trombe joue sur le principe du solaire passif. Il associe deux propriétés physiques : l'effet de serre à travers un vitrage et l'inertie thermique d'un mur placé en arrière.

Tout vitrage extérieur placé devant un mur sombre provoque un effet de serre qui chauffe la lame d'air située entre les deux éléments. Des ouvertures en parties basses et hautes du mur assurent ensuite, à la demande, une circulation d'air par thermosiphon entre la lame d'air et l'intérieur des locaux à chauffer. En régulant le système, les calories sont stockées dans le mur et restituées de façon déphasée dans le bâtiment. C'est sur ce principe, mis au point dans les années 60 par Félix Trombe et réalisé par l'architecte Jacques Michel, que repose le mur Trombe. Et ça marche !

« Le bilan thermique d'un tel mur solaire est positif, tandis qu'un mur opaque classique est déperditif sur une saison de chauffe », affirment Laurent Zalewski et Stéphane Lassue, professeurs à l'Université d'Artois et chercheurs au Laboratoire de génie civil et géo-environnement (LGCgE). Une étude réalisée à Lyon sur un bâtiment conforme à la RT2012 confirme une économie annuelle de 20 % en période de chauf-1 . Le rendement est évalué à 150 KWh/m² en zone climatique H1 (nord/est). « Certes, c'est peu par rapport au prix de l' électricité, mais cela assure un confort suffisant. Nul doute que la RBR 2020 favorisera la construction de murs Trombe, car il accroît la durée de vie du bâtiment et réduit son bilan carbone. »

Mur Trombe isolé vs composite

A. Mur Trombe isolé
1. Couverture transparente.
2. Lame d'air ventilée.
3. Paroi stockeuse.
4. Paroi isolante.
5. Système anti-thermocirculation inverse.
6. Ouïe basse.

B. Mur Trombe composite
1. Double vitrage faiblement émissif.
2. Lame d'air fermée.
3. Paroi stockeuse (matériau plein), ép. 10 cm.
4. Lame d'air ventilée, ép. 4 cm
5. Paroi isolante.
6. Ouïe basse.
7. Isolant thermique incompressible.

Une efficacité éprouvée

Depuis quelques années, le principe se rencontre dans différents projets. En témoigne la médiathèque Théodore-Monod réalisée à Betton (35) par les architectes Patrice Liard et Christine Tanguy en 2007. La façade sud en charpente bois et lamellé-collé est équipée d'un vitrage peu émissif à lames d'argon recouvrant une serre plantée devant un mur en terre crue. L'ensemble est protégé par un pare-soleil dont l'ombre couvre le mur d'avril à octobre afin d'éviter la surchauffe estivale. « C'est un projet simple, qui répondait à notre volonté de concevoir un bâtiment bioclimatique performant. Le résultat est élégant et vieillit sans dommage », souligne Christine Tanguy. La largeur du mur (45 cm) réalisé en terre banchée par l'entreprise Malléjac a été calculée par le BET thermique BEHI. Au final, ce mur assure une économie de 25 % des besoins énergétiques.

Autre exemple avec le gymnase de l'Europe, à Brest (29), un bâtiment basse consommation de 1 686 m² conçu par DDL Architectes en 2013. « Notre idée était d'apporter des calories à la VMC double flux du bâtiment en créant un mur Trombe au sud », décrit Yoann Le Corvec, architecte du projet. Calculé par Egis, il est composé d'une paroi en polycarbonate, d'un vide d'air et d'un mur béton de 40 cm. Des volets régulent l'air entrant dans la VMC, selon les besoins.

Le mur Trombe est donc efficace. Reste à en améliorer le fonctionnement et le déphasage calorifique : il faut en effet compter 5 à 6 heures pour un mur en béton de 15 cm. Après avoir étudié le principe du mur isolé (schéma A), le LGCgE a développé le mur Trombe composite (schéma B), qui intègre l'isolant côté intérieur et une lame d'air fermée à l'extérieur, derrière le vitrage. Ce qui augmente la résistance thermique du mur, contrôle les apports calorifiques et assure un meilleur déphasage.

L'apport des matériaux à changement de phase

Dans la pratique, le dimensionnement et la mise en œuvre peuvent être compliqués. Pour pallier cette difficulté et proposer des éléments modulaires prêts à poser, le LGCgE expérimente ainsi le principe du mur Trombe composite préfabriqué et enrichi en matériaux à changement de phase (MCP). Ces sels hydratés, paraffine ou acides gras stockent de grandes quantités de chaleur en changeant d’état. Une paroi de 15 cm de béton correspond à un élément de 3 cm d’épaisseur, moins encombrant, plus léger et simple à poser. L’idée a été testée avec le bailleur social Pas-de-Calais Habitat sur deux maisons individuelles à Croisilles (62). Mais les résultats montrent une diminution des performances du mur due au vieillissement prématuré des sels avec le temps. Sur l’une des deux maisons, la paroi en MCP a dû être remplacée par un mur en terre crue, très efficace, mais réalisé sur site. Désormais, le LGCgE planche sur un nouveau concept consistant à utiliser une paroi stockeuse faite d'un mortier béton dans lequel on ajoute 20 % à 40 % de microcapsules de paraffine.

(1) Milorad Bojic, Kévyn Johannes, Frédéric Kuznikb, (2014). Optimizing Energy and Environmental Performance of Passive Trombe Wall. Energy Build, 70, 279-286. 

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