1 – CONFORT THERMIQUE

Dogs

 

« Observe a dog. In the summer he lies in the shade.In the winter he lies in the sun »

(« Observez un chien. En été il se repose à l’ombre. En hiver il se repose au soleil »)


Michael Reynolds (architecte des Earthships)

 

Cette phrase est probablement la meilleure leçon de thermique du monde. Pourtant, aussi simple soit-elle, cette règle de bon sens n’est pas souvent appliquée.

Afin de bien comprendre comment la MAD maintient une température confortable en toute saison sans chauffage ni climatisation, il faut appréhender les grands principes de la thermique. Il s’agit sûrement de l’aspect le plus fondamental de la MAD.

Ces principes sont:

BANNIERE masse thermique

Il faut d’abord se familiariser avec le principe d’inertie thermique. L’inertie est – pour simplifier – la capacité d’un matériau à accumuler de l’énergie, à la « stocker ».

Masse thermiqueCe principe est vérifiable quand on laisse chauffer puis refroidir une casserole vide et une remplie d’eau. Celle qui est remplie d’eau restera chaude beaucoup plus longtemps que l’autre.  L’expérience est identique avec une poêle en métal et un plat en terre cuite après cuisson. La poêle aura déjà refroidit quand le plat, lui, sera encore brûlant. Dans ces deux expériences, c’est la masse (de l’eau de la casserole ou de la terre cuite du plat) qui a emmagasiné la chaleur pour ensuite la libérer lentement.

Le constat est le même au contact d’un mur de pierre rayonnant en soirée la chaleur accumulée lors de son ensoleillement de la journée. Une cave fonctionne de la même façon mais, puisqu’elle n’est pas exposée au soleil, reste fraiche. Dans ces exemples la masse des murs a stocké la chaleur dans un cas, la fraicheur dans l’autre.

Voilà pourquoi nous parlons de masse thermique, pour bien rappeler que l’inertie thermique se trouve dans la masse. Et c’est cette masse qui agit comme une batterie à température.

ISOLATION vs INERTIE

Une petite mise au point s’impose sur ce sujet. Trop de gens (parfois même les professionnels) confondent inertie et isolation. C’est une erreur terrible, car tout oppose ces deux notions.

Dans un matériau isolant les atomes de matière sont très espacés. Ce matériau enferme beaucoup d’air. Une source de chaleur (ou fraicheur) pénétrera très difficilement ce matériaux car pour transiter d’un atome à l’autre la température devra traverser des « poches d’air ». Or l’air est le meilleur isolant. L’échange à travers un matériau isolant est donc constamment ralenti grâce à l’air qui y est emprisonné.

Dans un matériau massif (ou dense) au contraire, les atomes sont très proches, voire en contact. La source de chaleur qui lui sera soumise n’aura aucun problème à se propager de l’un à l’autre des atomes. Un matériau massif est donc un mauvais isolant, mais il est capable d’emmagasiner la température dans sa matière même.

Entourons maintenant un matériau massif avec un matériau isolant à l’exception d’un côté qui est soumis à une source de chaleur. La masse captera la chaleur par ce même côté mais l’isolant l’empêchera de s’échapper par les autres. Nous otenons donc un piège à chaleur.

Masse Isolant 03

 Masse Isolant 04

 La plus grande source d’énergie étant le soleil – avec ses 1200kw/m²/an d’irradiation moyenne en France –  ce piège à chaleur devra lui faire face (au sud pour l’hémisphère nord) pour capter au maximum son rayonnement. Avec ce principe appliqué au logement, nous aurons donc un espace de vie comprenant de la masse et entouré d’isolant sauf au sud ou l’énergie solaire est captée.

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Si les murs sont constitués d’un matériau massif, la meilleure source de masse reste encore le sol en place (terre dense). Si l’isolation périphérique de la maison descend suffisamment profond (sous niveau hors gel), le sol pourra accumuler la température sans la perdre, exactement comme les murs.  Plus la quantité de masse incluse dans la maison (sol et murs) sera grande, plus la « batterie thermique » sera importante.

 

 

Rappelons-nous maintenant la configuration de la maison: son orientation sud et ses espaces tampons.

 

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Les parois très épaisses et lourdes créent ainsi de l’inertie thermique.

Cette inertie se trouve comme nous l’avons vu dans un matériau le plus dense possible. Les matériaux comme la terre compactée (pisé), les briques classiques ou de terres crues, la pierre ou le béton sont des matériaux à bonne inertie thermique.

Usuellement la MAD optera pour la terre compactée, mais d’autres matériaux pourront être utilisés selon les ressources locales ou les choix de l’usager.

L’eau a aussi une bonne inertie même si elle ne permet pas de construire. Mais nous pourrions imaginer que des cuves d’eau installées dans une maison bien isolée formeraient un dispositif fonctionnant tout aussi bien!

Pour l’isolation périphérique, la paille reste le meilleur isolant. Certes, il en faut une belle épaisseur (une botte) en comparaison du polystyrène par exemple, mais son rapport “prix/empreinte carbone/performance” la classe loin devant ses concurrents.

De la terre et de la paille donc pour créer un confort thermique en toute saison sans apport d’énergie supplémentaire par des câbles ou des tuyaux.

BANNIERE convection

La ventilation naturelle  est – comme son nom semble l’indiquer – une ventilation créée par un phénomène naturel de mouvement d’air. Cet air n’est donc pas déplacé par un ventilateur ou une VMC.

CONVECTION

Le phénomène qui crée ce déplacement d’air dans la MAD s’appelle la convection thermique. Il repose sur le fait que l’air chaud étant moins dense que l’air froid, il est aussi plus léger et tend naturellement à monter pour se placer au-dessus de ce dernier.

Ce phénomène est bien connu des parapentistes qui, comme les oiseaux, empruntent des colonnes d’air chaud leur permettant de monter en altitude.  L’exemple le plus célèbre – qui est illustré ci-dessus – est la montgolfière. Son brûleur chauffe l’air ; cet air étant emprisonné dans l’enveloppe du ballon fait que ce dernier décolle.

Que ce soit dans une montgolfière ou dans la MAD, l’air chaud monte. Puisque l’ensemble de la façade vitrée de la maison est exposée au soleil côté Sud, l’air de la serre monte en température. Cet air devenant plus léger, monte. Il suffira de le laisser s’échapper par le toit pour créer un mouvement d’air.

Afin de renforcer ce principe de convection naturelle, la MAD est pourvue d’une toiture à comble perdu.  Ce toit à double pente a donc un rampant face au soleil.

En plus de conférer à la maison une allure plus conventionnelle (qu’une toiture terrasse ou monopente), ce toit offre une partie inclinée perpendiculairement aux rayons du soleil d’été. Cette partie de toiture non isolée chauffe jusqu’à une haute température et c’est tant mieux: c’est exactement l’effet recherché! L’air qui stagne en haut de la serre est donc encore réchauffé et accéléré en passant sous cette portion de toiture. Un lanterneau située près du faîtage permet de laisser s’échapper l’air devenu presque brûlant. Plus l’air aura chauffé, plus le mouvement d’air crée sera fort.

Puisque « la nature a horreur du vide », l’air qui s’échappe par le lanterneau engendre une dépression à l’intérieur de la maison. Cet effet crée un appel d’air neuf en partie basse. C’est donc l’air frais, puisque plus dense, qui s’apprête à rentrer en partie basse de la maison.

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PUITS CLIMATIQUES

Un moyen efficace d’acheminer l’air neuf dans une maison est d’utiliser un puits climatique. Il s’agit simplement d’un conduit enterré qui achemine l’air.

Lorsque l’air extérieur est chaud, le sol est plus frais (masse thermique) et l’air qui le traversera se refroidira. Il s’agit alors d’un « puits provençal » qui agit comme une climatisation. Le phénomène inverse (sol plus chaud que l’air extérieur) s’appelle le « puits canadien » et il fonctionne plutôt comme un radiateur.

Dans les bâtiments bioclimatiques actuels, ces puits climatiques fonctionnent souvent grâce à un système complexe de ventilateurs pour générer le mouvement d’air.  Le phénomène de convection du duo serre/toiture de la MAD permet d’engendrer ce mouvement d’air sans machinerie. C’est toujours un peu d’électricité économisée. C’est aussi une ventilation qui ne tombe pas en panne et qui  n’a pas besoin d’être réglée. Car plus le soleil tape et plus la convection est forte, et avec elle, l’appel d’air frais puissant. Plus il fait chaud dehors et plus la climatisation fonctionne.

Voilà pourquoi nous appelons ce système la ventilation naturelle solaire (VNS). Car c’est le soleil qui actionne la ventilation.  La serre qui réchauffe l’hiver permet « dialectiquement » de climatiser l’été!