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Un plus grand confort d’été, grâce à de multiples stratégies

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L’inertie de matériaux comme le béton atténue les effets d’une canicule. En été, une dalle fortement rafraîchie pendant la nuit continue à rayonner du frais pendant les cinq ou six premières heures de la journée. Le siège de Genzyme, à Lyon, repose sur ce principe. En outre, la double peau est munie de ventelles qui évitent la surchauffe.

© Doc. Agence Patriarche

Le confort d’été et la lutte contre les îlots de chaleur urbains constituent une préoccupation croissante. De nouvelles approches de conception consistent à travailler sur la morphologie des bâtiments, la ventilation naturelle d’été, les protections solaires ou l’inertie interne.

Adapter les bâtiments constitue l’un des enjeux à venir. La température moyenne à la surface du globe a déjà augmenté de 0,85°C au cours de la période 1880-2012. Les projections les moins alarmistes du Giec prévoient une hausse de 2°C supplémentaires d’ici à 2100. À ce phénomène s’ajoute une augmentation de la fréquence des épisodes de canicule et du nombre moyen de journées et nuits chaudes. Dans les villes, la hausse des températures est exacerbée par le phénomène d’îlot de chaleur urbain caractérisé par des températures ambiantes très élevées durant la nuit et une réduction importante de l’humidité relative. le phénomène réduit également la vitesse des vents et accroît le rayonnement solaire diffus. Des études réalisées depuis les années 2000 mettent en évidence des différences de température pouvant atteindre 12°C entre les centres urbains très denses et les campagnes environnantes.

Surfaces claires

Les solutions développables à l’échelle d’une ville ou d’un quartier visent à favoriser les îlots de fraîcheur. Elles concernent en premier lieu l’implantation des bâtiments ou la forme des îlots urbains, l’idée étant de favoriser une certaine porosité au vent afin de ventiler les espaces extérieurs et abaisser les températures. Elles portent également sur le choix de revêtements extérieurs qui réfléchissent le rayonnement solaire. Lorsque le tissu urbain est relativement lâche, ce sont surtout les surfaces au sol (trottoirs, cœurs d’îlots, etc.) qui ont un impact important sur le climat de la ville et le confort des bâtiments. Plus une ville est dense, plus les surfaces en toiture entrent en ligne de compte. La capacité des surfaces à réfléchir l’énergie solaire est mesurée par l’albédo, un coefficient compris entre 0 et 1. Plus l’albédo est faible, plus la surface concentre le rayonnement solaire. Plus il augmente, plus la surface le réfléchit. À titre d’exemple, un miroir, parfait réflecteur, présente un albédo de 1. De manière générale, les surfaces foncées ont un albédo faible et entraînent une hausse des températures des surfaces (un écart pouvant atteindre 10°C par rapport à une surface claire en position verticale et jusqu’à 20°C en position horizontale), contribuant à la hausse des températures ressentie dans l’air. Au niveau des espaces publics et des toitures, il s’agit donc de privilégier les surfaces claires (chaussées, peintures et enduits, membranes d’étanchéité).

Végétalisation maximale

Plusieurs études empiriques menées dans les années 1990 et 2000 ont également montré l’impact des espaces verts et boisés sur les températures. « Une végétalisation maximale des bâtiments et de leurs abords favorise le phénomène d’îlot de fraîcheur, et ce, d’autant plus s’il s’agit d’une végétation " humide" maximisant l’évapotranspiration », précise Solène Peyragrosse, chef de projet chez Etamine.
De son côté, le BET Tribu a mis au point un indicateur de régulation thermique qui prend en compte la présence du végétal dans le tissu urbain et exprime la capacité des revêtements à réguler la température par évapotranspiration. Comme l’explique Francesca Barbera, chef de projet, « la végétalisation des cœurs d’îlot est prioritaire. Cependant, en fonction des programmes, des usages ou de la densité, elle peut être difficile à réaliser. Dans ce cas, la définition d’un objectif global à l’échelle de la parcelle permet de jouer sur d’autres aspects : la multiplication des strates végétales pour les espaces en pleine terre, la végétalisation des toitures ou le choix de certains matériaux de façades ». Les végétaux participeront, en outre, à la gestion des eaux pluviales et à la biodiversité.

Solutions passives

À l’échelle des bâtiments, la réalité du réchauffement climatique conduit à se préoccuper davantage du confort d’été et à privilégier des solutions passives. Ces dernières, contrairement aux procédés de climatisation, n’accroissent ni les consommations énergétiques, ni les émissions de gaz à effet de serre, ni le phénomène d’îlot de chaleur urbain.
Parmi elles, la ventilation naturelle des locaux, essentielle. Comme le remarque Solène Peyragrosse, « si les systèmes de VMC sont conçus pour assurer une ventilation hygiénique, ils ne permettent pas des débits d’air suffisants pour apporter du confort climatique en été ». Afin de favoriser la ventilation naturelle, certains bureaux d’études vont jusqu’à préconiser des épaisseurs de bâtiment maximales. C’est le cas chez Tribu, où celle-ci s’élève à « 12 m pour des logements traversants », et où « pour les bureaux, il est demandé que toute pièce ayant une occupation prolongée soit en façade et aie une profondeur inférieure à 6 m ; l’idéal étant 5 m », précise Francesca Barbera.
Si la ventilation traversante doit être favorisée, elle ne constitue toutefois pas un passage obligé. « Surtout, il faut des courants d’air, note Sébastien Clert, responsable du département HQE de l’agence d’architecture et d’ingénierie Patriarche. Il faut parfois trouver des astuces dans le bâtiment pour assurer cette circulation d’air. Ainsi, si vous habitez en rez-de-chaussée, vous n’allez pas laisser les fenêtres ouvertes la nuit, de peur d’une intrusion. » Faire entrer de l’air dans un bâtiment nécessite une réflexion sur les façades, avec des questions de sécurité, de gestion par les occupants, d’automatisation, de protection de la pluie, des rongeurs, etc. Il faut trouver des solutions techniques adaptées permettant un passage d’air suffisant lorsque la fenêtre est fermée (menuiseries avec grille de ventilation, volets persiennés…) ; travailler sur des typologies de sites avec patios ; développer des principes de cheminées solaires ou s’interroger sur la surface des baies vitrées.
Sur ce dernier point, Francesca Barbera explique que le ratio de « 1/6e de la surface habitable demandé pour les logements n’apparaît pas suffisant. La surface des baies est aussi une ouverture jouant sur la ventilation naturelle, la réduction des besoins en éclairage artificiel, les déperditions thermiques et les apports solaires. On estime que le meilleur compromis est un rapport surface vitrée-surface de plancher du bâtiment de 20 à 25 % pour les logements, et de 25 à 30 % pour le tertiaire ».
Pour autant, dans les villes connaissant de faibles amplitudes de températures entre le jour et la nuit, la ventilation naturelle n’aura pas de sens. « À Grenoble par exemple, les températures nocturnes ne descendent presque pas par rapport à la journée, explique Sébastien Clert. La ventilation naturelle ne pouvant pas répondre à la question de l’échauffement, il faut trouver d’autres solutions, notamment protéger la façade. »
Autre aspect déterminant : les apports solaires directs en été. La manière de ne pas faire entrer le soleil peut être plus ou moins efficace et dépend de l’exposition du bâtiment. Comme le rappelle Michel Raoust, gérant du bureau d’études environnementales Terao, « les façades ouest prennent le soleil l’après-midi au moment du pic de chaleur de la journée. En cumulant le pic de chaleur et le pic d’apports solaires, on se place dans une situation très défavorable. Le premier travail est donc de jouer sur l’orientation du bâtiment, les protections solaires puis la proportion de surfaces vitrées qu’il convient d’adapter au strict besoin de lumière naturelle. Cela, sans chercher à aller plus loin, au risque de ne pas bénéficier des apports solaires de demi-saisons et d’été ».
La meilleure protection solaire est réalisée en intervenant sur l’extérieur, avant que le soleil ne pénètre dans les locaux, grâce à des brise-soleil, des casquettes ou des débords de toiture. Bien sûr, concède Solène Peyragrosse, « certaines orientations sont plus faciles à traiter que d’autres. Il en va ainsi des façades sud qui peuvent être protégées en été par des débords de toiture. Pour les autres expositions, il faut souvent utiliser des stores orientables, donc des systèmes plus fragiles, plus chers et plus complexes à gérer ».
De manière générale, les protections solaires doivent également permettre une circulation d’air suffisante en position fermée. Tribu impose ainsi une porosité minimale de 6 % sur toute baie équipée de protections solaires fermées.

Effet amortisseur des matériaux inertes

Enfin, la capacité d’un bâtiment à mobiliser de l’inertie thermique constitue une autre solution fondamentale. Elle trouve un écho particulier sous les climats se caractérisant par de fortes chaleurs pendant la journée et une très faible amplitude thermique entre la nuit et le jour ; en particulier dans les immeubles de bureaux où il est très complexe en journée de procéder à d’importants renouvellements d’air sans provoquer de gêne ni nuire à la confidentialité acoustique. Une réflexion sur l’effet d’inertie permet de décaler le moment où le bâtiment est ventilé, de préférence la nuit pour profiter d’une plus grande fraîcheur, et le moment où il est utilisé. Pour créer de l’inertie, les maîtres d’œuvre recourent à des matériaux inertes comme le béton, la maçonnerie, la terre crue, le bois massif ou certains isolants. Ils veillent alors à les mettre en contact avec l’intérieur, supprimant ainsi l’utilisation de faux plafond sous les dalles en béton des bureaux et privilégiant les systèmes d’isolation thermique par l’extérieur (ITE) pour tout type de programme.
Pour autant, l’ITE n’est pas la seule réponse. Dans le cas d’un mur à ossature bois, il est possible d’envisager une isolation par l’intérieur en utilisant des isolants relativement denses et d’apporter de l’inertie depuis l’intérieur par les dalles et les refends. En outre, « si l’inertie thermique est importante, il faut savoir la doser : dans un plancher, ce sont les premiers centimètres de béton qui joueront ; de même pour une paroi. Il n’est pas utile d’avoir des épaisseurs trop importantes, lesquelles ajouteront du poids et du contenu en énergie grise », souligne Michel Raoust.
Au-delà de ces stratégies, une bonne façon d’appréhender l’évolution du climat consiste à travailler le plus tôt possible, idéalement dès l’esquisse, avec des outils de simulation thermique dynamique (lire l’encadré p. 47). Cela permet de mieux articuler le confort d’été avec le confort d’hiver. Et optimiser le niveau d’isolation du bâtiment, afin d’éviter de piéger les apports solaires internes en été et de contribuer à sa surchauffe.

N°342

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