Concevoir des bâtiments bioclimatiques Fondements et méthodes

Concevoir et construire un bâtiment adapté à son environnement

La conception bioclimatique a pour objectif d’améliorer le confort qu’un espace bâti peut induire de manière naturelle. Elle permet de réduire le recours aux énergies non renouvelables et les coûts d’investissements et de fonctionnement, à l’échelle d’un bâtiment comme à celle d’un quartier. Elle ne se résume pas à la juxtaposition de techniques pour satisfaire les exigences réglementaires, mais cherche à intégrer judicieusement les dispositifs architecturaux dès la conception tout en adaptant le projet à son environnement. S’approprier les connaissances scientifiques et comprendre les phénomènes en jeu permet de mettre en adéquation la conception et la construction d’un bâtiment avec le climat, l’environnement et le mode de vie des usagers. Pour répondre à cet objectif, Concevoir des bâtiments bioclimatiques : – explore les propriétés de l’enveloppe et l’impact de la morphologie des bâtiments ; – explique les conditions de l’atteinte du confort thermique à l’intérieur des bâtiments ; – présente les dispositifs architecturaux actuels (brise-soleil, serres, etc.) ; – détaille le rôle du soleil et du vent à l’échelle des espaces urbains.

Illustré de schémas et d’exemples, cet ouvrage appuie sa démonstration sur des études de cas de bâtiments situés sous différents climats. Cet ouvrage, accessible à tous les praticiens quel que soit leur niveau de compétence, s’adresse particulièrement aux architectes. Il constitue également un outil de formation pratique pour les techniciens et ingénieurs soucieux de maîtriser un projet environnemental.

Les plus de l'ouvrage :
• Un ouvrage accessible à tous les praticiens quel que soit leur niveau de compétence
• Les principes physiques sont illustrés de schémas de détails

De l’architecture bioclimatique au projet urbain durable
Expériences et acquis de la démarche bioclimatique
Genèse et évolutions du rapport entre architecture et environnement – Démarche et méthodes
Approche environnementale
Critères environnementaux et paramètres sensibles – Des cibles environnementales aux intentions de conception
Vers un développement urbain durable
Mutation et gouvernance urbaines – Processus intégré du projet architectural et urbain
Approche physique de l’environnement
Phénomènes en jeu
Une expérience très simple – De l’expérience à la réalité : des régimes thermiques dynamiques – Un minimum incontournable d’approche scientifique
Thermique
Chaleur et température – Transfert de chaleur – Modes de transfert de chaleur (applications en régime permanent) – Phénomènes thermiques dynamiques et paramètres complexes
Mécanique des fluides
Bases et définitions – Conséquences pratiques pour la conception
Air atmosphérique et phénomènes associés
Composition et comportement de l’air – Diagramme de l’air humide – Progression de la vapeur d’eau dans les enveloppes et ses remèdes – Conception d’une paroi d’enveloppe – Traitement de l’air pour le confort d’été et utilisation de la condensation de vapeur d’eau
Confort thermique ou thermohygrométrique
Approche par zones de confort – Thermophysiologie humaine – Échanges de chaleur entre le corps humain et l’ambiance – Bilan thermique du corps humain – Paramètres pratiques du confort – Zones de confort
Climat
Températures - Degrés·heures et degrés·jour – Le soleil – Le vent – Humidité et pluviométrie
Enveloppe et organisation des volumes des bâtiments
Échanges thermiques d’une paroi
Types de conductances – Parois entre deux espaces – Recherche de confort selon le type d’espace
Conductance totale d’un bâtiment
Conductances de la partie hors sol d’une enveloppe – Conductances des parois en contact ou en relation avec le sol – Conductance totale d’une enveloppe
Qualités thermiques des éléments de parois
Parties opaques de parois – Éléments transparents : baies, fenêtres, portes-fenêtres et portes – Ponts thermiques
Incidence de la forme et de la taille des bâtiments
Conductance par unité de volume habitable G – Intérêt des bâtiments compact – Intérêt des bâtiments de grande taille – Recherche d’une échelle « humaine »
Comportement d’un bâtiment sollicité par son environnement et son usage
Phénomènes en jeu
Superposition de phénomènes permanents et périodiques – Superposition de la perte thermique et du captage solaire à travers les parois
Température intérieure moyenne d’un bâtiment
Du bilan thermique d’un bâtiment à l’écart de température entre intérieur et extérieur – Recherche du confort moyen en saison ou région froides – Recherche du confort moyen en saison ou région chaudes – Cas des bâtiments en climat contrasté été-hiver
Réduction des oscillations de température intérieure
Comportement d’une paroi mince soumise à une différence de température entre extérieur et intérieur ou à un ensoleillement – Réduction des oscillations de température dans un bâtiment - Inerties – Concept d’inertie - Les deux inerties Comportement particulier des édifices ventilés
Ventilation de grand débit d’air modulé dans les périodes et régions chaudes – Cas 1 : Temax voisin de Timax – Cas 2 : alternativement Te Ti et Ti Te – Cas 3 : Ti > Te – Conclusion
Dispositifs architecturaux et techniques
Définitions et cadre de l’étude
Définitions – Cadre de l’étude
Ouvertures, entrées solaires et éclairage naturel
Réflexions à propos d’observations courantes – Définir les surfaces d’ouverture – Brise-soleil – Dispositifs intérieurs
Serres
Principe de fonctionnement d’une serre – Concevoir une serre
Ouvertures et ventilation d’été
Typologie des ouvertures – Débits d’air créés par les ouvertures – Obtenir de grands débits d’air – Maîtriser le débit et la distribution des vitesses d’air – Autres considérations et cas très particuliers
Dispositifs techniques
Murs Trombe ou à effet de serre – Puits canadien – Apports artificiels d’inertie par absorption intérieure – Puits de lumière – Chauffage, climatisation, VMC, ventilateurs de plafond et captage solaire actif
Soleil, vent et microclimats dans les espaces urbains
Ensoleillement et ombre
Conditions d’ensoleillement ou d’ombre d’une surface – Soleil et urbanisme
Le vent
Le vent, couche limite et rugosité – Comportement général du vent en fonction de la topographie à différentes échelles – Effets types
Microclimats urbains
Températures et confort thermique en milieu urbain – Éviter les îlots de chaleur
Exemples de démarches scientifiques de conception
Une approche scientifique incontournable
La connaissance au service de l’architecture et du développement durable – Un cas pratique démonstratif – Une démarche scientifique à adopter pour la conception bioclimatique
Climats froids
Habitat en climat dit « tempéré » – Habitat en climat très froid – Habitat en climat froid très ensoleillé
Climats chauds
Habitat en climat humide – Habitat en climat très chaud et sec
Climats contrastés
Habitat en climat méditerranéen – Habitat en climat subtropical
Climats de confort extérieur moyen à l’ombre presque permanent
Habitat en climat légèrement froid l’hiver – Habitat en climat légèrement chaud l’été
Annexes
Propriétés des matériaux de construction les plus courants
Pierre – Bétons – Plâtres – Végétaux – Matériaux isolants manufacturés – Métaux – Autres matériaux – Terres et composés
Absorptivité et réflexivité de quelques sols et matériaux
Sols – Matériau
Diagramme de l’air humide
Diagramme de confort dans l’habitat
Diagramme de confort dans l’habitat
Résistances thermiques utiles courantes
Parois verticales – Parois horizontales
Contenu énergétique
Perméabilité au soleil d’un bâtiment
Captation d’un flux solaire moyen – Perméabilité au soleil
Diagrammes solaires et indicateurs d’irradiation et d’occultation
Diagrammes solaires – Indicateurs d’irradiation - Densité de flux solaire incident en W/m2 – Indicateur d’occultation

Pierre Fernandez
Architecte DPLG, docteur en énergétique de l'École nationale supérieure des mines de Paris, et habilité à diriger des recherches par l'Institut national polytechnique de Toulouse. Professeur des Écoles d'architecture, il exerce simultanément des activités de consultance et d'expertise internationale. Il est aujourd'hui directeur de l'École nationale supérieure d'architecture de Toulouse.

Pierre Lavigne
Ingénieur des Arts et Métiers, docteur-ingénieur et docteur en thermodynamique. Habilité par l'Institut polytechnique de Grenoble à diriger des thèses et professeur des Écoles d'architecture, il fut directeur de celle de Grenoble. Il participe à la maîtrise d'œuvre de réalisations originales par leur conception thermique et accomplit de nombreuses missions d'enseignement et de conseil en Amérique du sud.