Livres eco-construction

Manuel d’Architecture Naturelle de David Wright

Couverture du Manuel d'Architecture Naturelle et son auteur David

Vous avez envie de concevoir un habitat durable, performant et respectueux de l’environnement ? Voici l’excellent Manuel d’ Architecture Naturelle de David Wright ici en version française aux éditions Parenthèses.

En effet, dans ce livre, vous découvrirez des principes de construction simples, souvent oubliés et utilisant intelligemment les ressources naturelles.

La réalisation d’une de ces éco-constructions peut vous offrir un beau retour sur investissement tout au long de son utilisation. Une belle occasion également de faire votre part pour la protection de la nature.

L’auteur

David Wright se préoccupe depuis les années 60 de la prise en compte des paramètres climatiques et des économies d’énergie dans la conception architecturale.

Selon lui, une meilleure connaissance des phénomènes naturels est essentielle pour concevoir des habitats en harmonie avec le monde extérieur et en lien direct avec l’environnement.

Architecte en Afrique où il a renforcé son expérience des techniques traditionnelles de construction en terre, puis aux sud-ouest des états unis, il a réalisé plus de 500 bâtiments inspirés de ces concepts.

Architecture naturelle

La simplicité de conception est au cœur de la philosophie de David Wright

– Constat

Il faut simplifier au maximum :conception minimaliste

Le schéma traditionnel pris lors de ces dernières décennies nous mène dans une impasse.  Il faut reconnaitre que nous sommes souvent très attachés à la technologie. Nous avons donc du mal à penser simple.

En effet, utiliser les apports solaires est une belle avancée, mais simplifier une architecture naturelle nous permet de maximiser le rendement solaire tout en minimisant le cout des installations.

Dans le même esprit, il est inefficace de créer un habitat luttant contre la nature. De plus, se couper des conditions extérieures est néfaste pour la santé. Plutôt que de fabriquer une machine à habiter, notre bien être ne doit il pas rester la priorité ?

– Solutions

Différents paramètres dicteront le design et l’implantation des bâtiments. Une éco-construction raisonnée commence par l’observation :

  • du relief
  • de l’orientation solaire
  • des vents dominants

Le climat est un autre paramètre essentiel à prendre en compte : Les stratégies de conception bioclimatiques dans les pays froids ou près de l’équateur ne seront évidemment pas les mêmes.

Le bâtiment

On prendra soin d’orienter et de designer la maison pour qu’elle bénéficie passivement des variations saisonnières du soleil. Il sera ainsi plus facile de répondre à ses différents besoins que sont :

  • le chauffage
  • la climatisation
  • la ventilation
  • l’éclairage

Niveau dimensionnement, l’auteur n’hésite pas à nous conseiller une surface de captage de 25 à 50% de la surface totale de plancher en fonction du lieu et de la performance de l’enveloppe.

Fonctionnement d'un capteur solaire à air

L’air chaud montant et l’air froid descendant naturellement, il est intéressant de se servir du gradient thermique pour faire circuler passivement la chaleur. Fonctionnement :

  1. le soleil vient chauffer un capteur
  2. l’air qu’il contient monte et arrive dans le volume à chauffer
  3. cet air chaud pousse alors l’air plus froid vers le bas du local
  4. cet air froid est alors naturellement réinjecté dans le capteur

De surcroît, plus le soleil est intense et plus le flux d’air est important. Cependant, il est possible de le réguler à l’aide de trappes.

Les capteurs

Ou comment tirer parti de l’abondance solaire gratuite.

– orientation

Orientation des capteurs solaire

Qu’ils soient à circulation d’air ou de liquide, on orientera les capteurs solaires de façon optimale : on prend en général la latitude du lieu +15° afin de prioriser les apports en saison froide.

Pour la production d’eau chaude sanitaire, l’inclinaison sera égale à la latitude du lieu.

– Dans la pratique

capteur solaire thermique

Dans cet exemple, un capteur thermique où circule un liquide caloporteur réchauffe une inertie (ici la dalle). On essaiera toujours de placer les capteurs plus bas que les éléments à chauffer. Ainsi le liquide chauffé par le capteur monte vers la masse thermique par convection naturelle.

En procédant ainsi, on évite alors d’avoir recours à une autre source d’énergie, ou à un dispositif mécanique supplémentaire. En absence d’apport solaire, des clapets anti-retours stopperont automatiquement le flux pour éviter que la dalle perde sa chaleur par le capteur.

Encore une des multiples idées Low-Tech dans la panoplie de David Wright !

Les ouvrants

Afin de minimiser la perte des calories accumulées dans la journée, il est judicieux d’équiper les fenêtres d’une isolation mobile.

L’ouvrage regorge de solutions techniques dont certaines pouvant être automatisées à l’image des lames skylid par basculement automatique de fréon ou des billes beadwall soufflées dans un double vitrage.

L’inertie thermique

L’inertie thermique d’un bâtiment agit comme un régulateur, permettant à la maison de garder sa température plus facilement malgré les aléas climatiques.

– Emplacement

Cette inertie doit être à l’intérieur du volume isolé. Elle peut se présenter sous forme solide ou liquide, être un élément porteur ou non porteur.

– Inertie fixe

Des dispositifs isolants mobiles sur une inertie thermique est un moyen efficace de réguler la température.

En hiver :

Stratégie de l’utilisation de l'inertie en hiver

Pendant la journée, on place les isolants pour exposer directement la masse thermique à l’énergie solaire. Le soir venu, l’isolant est déplacé de telle sorte que la masse thermique se retrouve dans l’habitat et libère l’énergie accumulée pendant la journée.

En été :

Stratégie de l’utilisation de l'inertie l'été

Afin de rafraîchir le bâtiment, le processus est inversé : la masse thermique absorbe les calories du bâtiment le jour puis est exposé à l’extérieur pour les libérer la nuit.

– Inertie mobile

Inertie thermique mobile

Inertie mobileDans le même but, on peut envisager une masse thermique mobile que l’on rentrerait ou que l’on sortirait au gré des besoins.

Les masques solaires

Pour éviter les surchauffes, le plus efficace est d’intercepter les rayons du soleil avant qu’ils n’atteignent la construction.

– Protections naturelles

En plus de créer de l’ombre, de protéger du vent, de la pluie et de la neige, les végétaux sont très efficaces pour créer un microclimat confortable. La plantation de végétation à feuilles caduques au sud permet d’intercepter les rayons du soleil dès le printemps et de les laisser passer à la fin de l’automne.

– Protections ajustables

protections solaires ajustables
protections solaires ajustables

Le temps change d’une année à l’autre et les intersaisons peuvent être difficiles à gérer. Des protections ajustables sont donc intéressantes afin de réguler plus finement les apports solaires. Pendant une journée chaude d’automne, on pourra ainsi occulter une partie des apports solaires. A l’inverse si le besoin en chaleur se fait sentir, on laissera passer plus de flux solaire.

Il est également possible d’utiliser des panneaux extérieurs occultant, réglables en fonction des variations saisonnières. Ces panneaux peuvent aussi bien être utilisés pour stopper les rayons du soleil que pour les réfléchir. On peut ainsi renvoyer une partie d’énergie solaire vers une masse thermique au plafond par exemple.

– Comprendre le besoin

Cette flexibilité est très intéressante car en plus des variations de climat d’une année à l’autre, il existe un décalage naturel entre les saisons et l’intensité du rayonnement solaire. En effet, avec les protections solaires classiques, les besoins en chauffage ne correspondent donc pas exactement à l’intensité solaire.

demande de chauffage au fil des sasisons

Sur ce graphique comparant la demande de chauffage et l’intensité solaire en fonction des saisons, nous allons comprendre la pertinence des protections ajustables. Un exemple : le pic d’ensoleillement annuel qui arrive le 21 juin au solstice d’été, ne correspond pas aux périodes les plus chaudes de l’année ! Or c’est à ce moment que les protections solaires fixes comme les avancées de toiture laisseront passer le moins de lumière. De même, c’est au solstice d’hiver le 21 décembre que le soleil rentrera le plus facilement. Alors qu’en début février par exemple il fera plus froid et des protections solaires fixes feront rentrer moins de soleil dans la maison.

La ventilation naturelle

Le renouvellement de l’air peut se faire de façon résiliente. Dans un bâtiment où la masse thermique est importante, on peut plus facilement faire l’impasse sur une ventilation double flux pour envisager un système passif. En revanche, le design de l’implantation des pièces devra être bien pensé pour que l’air de tout l’habitat soit renouvelé.

Ventilation Naturelle

– Les ouvrants

Les ouvrants devront être placés de façon stratégique pour optimiser la circulation du flux d’air

Pour une ventilation optimale, l’entrée se fera vers le bas et la sortie vers le haut afin de bénéficier du tirage dû à la stratification thermique dans les pièces.

Pour augmenter la vitesse du flux, l’ouvrant de sortie sera plus grand que l’ouvrant d’entrée.

L’orientation, la forme du bâtiment et la végétation sont autant de leviers pour canaliser l’air.

Une grande variété d’ouvrants existe sur le marché. Qu’ils soient à l’italienne, à l’australienne, a lames, a battant intérieur ou sous forme de lanterneaux, ils seront choisis en fonction de leur faculté à capter le vent, à protéger de la pluie ou à protéger des infractions.

– Les extracteurs

Quand les ouvrants sont fermés, l’air chaud plus léger sortira naturellement par des extracteurs en toiture. Statiques, coudés ou rotatif, il en existe une grande variété.

Le plus efficace des extracteurs d’air passifs est la cheminée solaire. Elle à la particularité d’être auto régulée. En effet, plus le soleil est important, plus elle s’échauffe et donc plus le tirage augmente.

Sur le même principe, il est possible de réaliser un extracteur d’air, très utile pour ventiler une serre ou une pièce en été.

Pour optimiser tous ces dispositifs, il est judicieux de tempérer l’air entrant par exemple à l’aide d’un puits canadien.

La climatisation

Le confort d’été est un sujet plus complexe que le chauffage dans l’habitat bioclimatique. Si la ventilation naturelle ne suffit pas, il existe de nombreuses manières de climatiser en utilisant la masse thermique et parfois des réserves d’eau :

– Sur-ventilation nocturne

La solution la plus simple à mettre en place est l’aération nocturne : la nuit un maximum d’ouvrant laisseront l’air chaud accumulé le long de la journée s’échapper et l’air froid le remplacer. Cet air va également rafraichir la masse thermique par convection. Le jour, on veillera à fermer tous les ouvrants et de garder les vitrages à l’ombre.

– Dissipation de la chaleur de la masse thermiqueévacuation de la chaleur par radiation

Par nuit claire, la radiation est très efficace pour dissiper les calories d’une masse thermique :

  • la nuit un bassin d’eau est exposé au ciel étoilé et perd son énergie radiante vers l’espace
  • Comme précédent, la journée on veillera à s’isoler de l’air extérieur et des apports solaires

– Construire sous terre

Quand c’est possible, si le terrain est bien orienté, le sol facile à travailler et si la nappe d’eau n’est pas trop proche, on peut envisager l’une des solutions les plus efficaces thermiquement : l’habitat sous terre ou troglodyte. Aussi performant en été qu’en hiver grâce à une température quasi constante toute l’année dès 2m.

– Créer un microclimat

La création d’un microclimat est une autre solution efficace dans l’ architecture naturelle. L’ombre et l’humidité apportées par la végétation peut significativement baisser la température de l’air avant qu’il n’entre dans la maison.

– Évaporation forcée

Dans les régions où l’humidité n’est pas trop importante, il est pertinent d’utiliser l’évaporation forcée. Un réservoir d’eau peut saturer un feutre rafraichissant l’air entrant. Cette technique se combine très bien avec une cheminée solaire. En effet, plus le soleil est intense et plus la climatisation naturelle est importante.

– Isoler la terre

Utiliser la terre comme masse thermique

Comme certains earthships une manière de maximiser la masse thermique à moindre coût est d’isoler le volume de remblai. Cette masse thermique se retrouvant à l’intérieur de l’isolant est alors très élevée. Par conséquent, l’énergie accumulée pendant l’été est restituée dans l’habitat pendant toute la saison froide. L’été c’est l’inverse qui se passe. La fraîcheur de la terre absorbe les calories de l’habitat. Été comme hiver, l’air entrant passe dans la masse thermique pour être tempéré avant d’arriver dans les pièces. Ce type d’habitations peut être réalisé à faible coût mais nécessite beaucoup de main d’œuvre. L’organisation d’un chantier participatif peut être judicieux pour le gros œuvre.

– Tours de refroidissement

Autre solution éprouvée dans les régions les plus arides : les tours de refroidissement. Un capteur d’air orienté face aux vents dominants, force le vent à s’y engouffrer. Le long de la cheminée, l’air se refroidit en circulant le long de pots en terre poreuse remplis d’eau. Avec cette technique, la température de l’habitat peut se retrouver bien en dessous de la température de l’air ambiant.

Au final

Ce livre passionnant et très bien illustré, nous donne les clés pour comprendre les phénomènes naturels interagissant avec les bâtiments. La première édition de ce livre date de 1978 et pourtant la démarche est plus que jamais d’actualité.

En effet, ce manuel d’ architecture naturelle est un livre très visuel, pour tout public. Il contient énormément d’informations pertinentes dont je n’ai abordé qu’une partie dans cet article.

Ainsi, les concepts développés sont nombreux :

  • serres d’abondance
  • sas
  • matériaux à changement de phase
  • et bien d’autres…

Une partie du livre traite des calculs thermiques et de la méthodologie pas à pas pour la réalisation des dimensionnements.

Toutefois, plusieurs défis non abordés dans le livre peuvent être des freins pour le lecteur voulant se lancer dans l’aventure :

  • le cout des fondations dans certains sols
  • la législation pour ces constructions plutôt hors normes
  • les précautions à prendre pour éviter les infiltrations de radon notamment pour les puits canadiens ou provençaux.

Dites-moi ce que vous en pensez !

Livre disponible sur amazon a 14€ seulement en suivant ce lien -> Manuel d’Architecture Naturelle

Partager l'article
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  

Laisser un commentaire

Votre adresse de messagerie ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *