« La meilleure climatisation est celle dont on n’a jamais besoin. »
Cette phrase, souvent utilisée dans le domaine de la conception bioclimatique, résume parfaitement l’objectif de ce livre. Dans un contexte où les épisodes de canicule deviennent plus fréquents et plus intenses en Belgique, il est tentant de considérer la climatisation comme la seule solution au confort d’été. Pourtant, les bâtiments les plus performants démontrent chaque jour qu’il est possible de maintenir des températures agréables sans recourir systématiquement à des systèmes énergivores.
Avant de choisir une isolation plus épaisse, d’installer des protections solaires ou de remplacer des vitrages, il est indispensable de comprendre les mécanismes physiques qui gouvernent les échanges de chaleur (principes physiques fondamentaux). Cette compréhension constitue la base de toute intervention pertinente sur un bâtiment.
La physique du bâtiment n’est pas une discipline réservée aux chercheurs ou aux ingénieurs. Elle fournit des outils concrets permettant d’expliquer pourquoi une maison reste fraîche malgré une forte chaleur extérieure, pourquoi un grenier devient parfois inhabitable en été ou encore pourquoi deux habitations construites la même année peuvent présenter des comportements thermiques totalement différents.
Au cours de ce chapitre, nous aborderons les notions fondamentales qui permettront de comprendre les chapitres suivants :
- la différence entre chaleur et température ;
- les mécanismes de transfert thermique ;
- les sources d’apports de chaleur ;
- le rôle de l’inertie thermique ;
- l’influence des matériaux de construction ;
- les bases du confort thermique.
L’objectif n’est pas uniquement d’acquérir des connaissances théoriques, mais surtout de disposer d’une grille de lecture permettant d’analyser un bâtiment de manière scientifique.
1.1 Pourquoi ce sujet devient-il essentiel ?
Pendant des décennies, les bâtiments belges ont été principalement conçus pour limiter les pertes de chaleur hivernales. Cette approche se justifiait par un climat tempéré et par le coût élevé du chauffage.
Aujourd’hui, plusieurs évolutions modifient profondément cette logique :
- l’augmentation progressive des températures moyennes ;
- la multiplication des vagues de chaleur estivales ;
- la généralisation des bâtiments très isolés et étanches à l’air ;
- la présence accrue de grandes surfaces vitrées ;
- l’augmentation des apports internes liés aux équipements électriques.
Un bâtiment très performant en hiver n’est pas automatiquement confortable en été. Au contraire, une enveloppe fortement isolée peut conserver les apports de chaleur et favoriser la surchauffe si elle n’est pas accompagnée d’une conception adaptée.
Le confort d’été est ainsi devenu un critère de qualité à part entière. Les réglementations évoluent progressivement pour intégrer cette dimension, notamment à travers les exigences de performance énergétique et les indicateurs de risque de surchauffe.
1.2 Température et chaleur : deux notions souvent confondues
Dans le langage courant, il est fréquent d’utiliser les mots chaleur et température comme des synonymes. En physique, ces deux notions désignent pourtant des réalités différentes.
La température
La température représente l’état thermique d’un corps. Elle traduit l’agitation moyenne des particules qui le composent et s’exprime généralement en degrés Celsius (°C).
Lorsque l’on mesure 28 °C dans une pièce, on mesure une grandeur physique liée à l’état de l’air à cet instant.
La chaleur
La chaleur est une forme d’énergie en mouvement.
Elle n’existe que lorsqu’il existe une différence de température entre deux milieux.
Dès qu’une différence apparaît, l’énergie thermique migre spontanément du milieu le plus chaud vers le milieu le plus froid jusqu’à atteindre un équilibre.
Ce principe fondamental explique la quasi-totalité des phénomènes observés dans un bâtiment.
Par exemple :
- une toiture chauffée à 70 °C par le soleil transmet progressivement une partie de son énergie aux éléments situés en dessous ;
- une fenêtre orientée à l’ouest reçoit un important flux solaire en fin de journée ;
- un plancher chauffant diffuse son énergie vers l’ensemble de la pièce.
Dans chacun de ces exemples, la chaleur est un transfert d’énergie et non une caractéristique propre du matériau.
1.3 Les unités utilisées en physique du bâtiment
Pour comprendre les performances d’une paroi ou comparer différentes solutions constructives, il est nécessaire de maîtriser quelques unités fondamentales.
Le watt (W)
Le watt représente une puissance, c’est-à-dire une quantité d’énergie transférée par seconde.
Une personne assise dégage environ 80 à 100 W.
Un ordinateur portable peut dissiper entre 30 et 80 W sous forme de chaleur.
Un four domestique peut dépasser 2 000 W.
Le kilowattheure (kWh)
Le kilowattheure mesure une quantité d’énergie consommée ou transférée.
Si un appareil de 1 000 W fonctionne pendant une heure, il consomme 1 kWh.
Cette unité est utilisée pour la facturation de l’électricité et pour les calculs énergétiques des bâtiments.
Le coefficient de transmission thermique U
Le coefficient U exprime la quantité de chaleur qui traverse une paroi.
Plus la valeur U est faible, plus la paroi est isolante.
Par exemple :
- un ancien mur non isolé peut présenter un coefficient U supérieur à 1,5 W/m²K ;
- une paroi conforme aux standards actuels est souvent inférieure à 0,24 W/m²K.
Toutefois, comme nous le verrons plus loin, une faible valeur U ne garantit pas à elle seule un bon confort d’été.
1.4 Pourquoi la chaleur se déplace-t-elle toujours ?
L’un des principes les plus importants de la thermodynamique est que la chaleur circule spontanément du chaud vers le froid.
Ce phénomène est universel.
Il explique notamment :
- le refroidissement d’une tasse de café ;
- la fonte d’un glaçon ;
- les pertes de chaleur d’une habitation en hiver ;
- les gains de chaleur d’une maison en été.
Dans un bâtiment, les échanges sont permanents.
À chaque instant, les parois absorbent, stockent, restituent ou transmettent de l’énergie thermique.
Le comportement global d’une construction dépend donc de l’équilibre entre les apports et les pertes de chaleur.
Cette notion d’équilibre énergétique sera au cœur de l’ensemble des chapitres suivants.
1.5 Les trois modes de transfert de chaleur
La chaleur ne se déplace jamais au hasard. Dans un bâtiment, tous les échanges thermiques peuvent être expliqués par trois mécanismes fondamentaux :
- la conduction ;
- la convection ;
- le rayonnement.
Comprendre ces trois phénomènes permet d’expliquer pratiquement tous les problèmes rencontrés sur le terrain : murs froids en hiver, surchauffe sous toiture, vitrage brûlant au soleil ou encore sensation d’inconfort malgré une température intérieure correcte.
Ces trois mécanismes agissent simultanément, mais leur importance varie selon les matériaux, les conditions météorologiques et la conception du bâtiment.
1.5.1 La conduction : la chaleur qui traverse les matériaux
La conduction est le transfert de chaleur au sein d’un matériau ou entre deux matériaux en contact direct.
À l’échelle microscopique, les particules les plus énergétiques transmettent progressivement une partie de leur énergie à leurs voisines. Ce transfert se poursuit jusqu’à ce qu’un équilibre thermique soit atteint.
Dans un bâtiment, la conduction est présente partout :
- dans les murs ;
- dans les planchers ;
- dans les toitures ;
- dans les châssis ;
- dans les vitrages ;
- dans les ponts thermiques.
Exemple concret
Imaginons une toiture en ardoises exposée à un soleil intense.
La surface extérieure peut atteindre 70 à 80 °C.
Sous cette couverture se trouvent :
- le support ;
- la structure ;
- l’isolant ;
- le parement intérieur.
La chaleur se transmet progressivement de couche en couche.
Si la toiture est peu isolée, cette énergie atteint rapidement les combles.
Si elle est correctement conçue, la transmission est fortement ralentie.
Ce ralentissement constitue précisément le rôle de l’isolation.
La conductivité thermique λ (lambda)
Chaque matériau possède une conductivité thermique propre.
Elle est exprimée en W/(m·K).
Plus λ est faible, meilleur est le pouvoir isolant.
Quelques ordres de grandeur :
|
Matériau |
λ approximatif W/(m·K) |
|
Air immobile |
0,025 |
|
Laine de roche |
0,034 à 0,040 |
|
Ouate de cellulose |
0,038 à 0,042 |
|
Fibre de bois |
0,038 à 0,050 |
|
Bois massif |
0,13 |
|
Brique pleine |
0,60 à 0,90 |
|
Béton armé |
2,0 à 2,5 |
|
Aluminium |
≈ 230 |
Ce tableau explique pourquoi un profilé en aluminium non isolé constitue un excellent conducteur de chaleur, alors qu’un panneau isolant la ralentit fortement.
Le rôle de l’épaisseur
Deux isolants possédant la même conductivité thermique n’offriront pas les mêmes performances si leurs épaisseurs diffèrent.
En première approximation, doubler l’épaisseur d’un isolant réduit fortement les flux thermiques traversant la paroi.
Cependant, en confort d’été, l’épaisseur n’est pas le seul paramètre important.
La capacité thermique et le déphasage jouent également un rôle déterminant.
Nous reviendrons longuement sur ces notions dans le chapitre consacré à l’inertie thermique.
Encadré technique
À retenir
Une isolation performante ralentit le passage de la chaleur.
Elle ne l’empêche jamais totalement.
Autrement dit :
l’isolation agit sur la vitesse de transfert, pas sur la quantité totale d’énergie disponible à très long terme.
Cette nuance est essentielle pour comprendre le comportement des bâtiments lors des épisodes de canicule prolongée.
1.5.2 La convection : lorsque l’air transporte la chaleur
Contrairement à la conduction, la convection implique un déplacement de matière.
Dans les bâtiments, cette matière est presque toujours l’air.
Lorsque l’air est chauffé :
- sa densité diminue ;
- il devient plus léger ;
- il monte naturellement.
Inversement, l’air refroidi devient plus dense et redescend.
Ce mouvement crée des circulations d’air appelées courants de convection.
Exemple dans une cage d’escalier
Lors d’une journée estivale, le rez-de-chaussée reste relativement frais.
L’étage, en revanche, devient rapidement chaud.
Pourquoi ?
Parce que l’air réchauffé dans les pièces inférieures monte progressivement par la cage d’escalier.
Le phénomène est encore accentué lorsque les fenêtres de toit sont fermées.
Une bonne ventilation traversante permet alors d’évacuer cet air chaud.
Les convecteurs
Les radiateurs classiques utilisent principalement la convection.
L’air situé à proximité est chauffé.
Il monte.
L’air plus froid descend ensuite vers le radiateur.
Un mouvement circulaire s’installe dans toute la pièce.
Le même phénomène apparaît naturellement derrière une baie vitrée fortement ensoleillée.
Les infiltrations d’air
La convection concerne également les infiltrations.
Une maison peu étanche laisse entrer de l’air chaud par :
- les coffres de volets ;
- les passages de gaines ;
- les défauts d’étanchéité ;
- certaines menuiseries anciennes.
Ces infiltrations augmentent la charge thermique intérieure.
À l’inverse, une maison très étanche nécessite une ventilation correctement conçue afin d’assurer une bonne qualité d’air sans favoriser la surchauffe.
1.5.3 Le rayonnement : le grand oublié
Le rayonnement constitue souvent le principal responsable des surchauffes estivales.
Contrairement à la conduction et à la convection, il ne nécessite aucun contact entre les objets.
Le Soleil réchauffe la Terre grâce au rayonnement électromagnétique.
Les rayons solaires traversent environ 150 millions de kilomètres de vide avant d’atteindre notre planète.
Une fois absorbée par une surface, cette énergie est transformée en chaleur.
Pourquoi une façade sombre chauffe-t-elle davantage ?
Deux façades identiques sont exposées au soleil.
L’une est blanche.
L’autre est noire.
La façade sombre absorbe une plus grande partie du rayonnement incident.
Sa température de surface peut dépasser de plusieurs dizaines de degrés celle de la façade claire.
Cette différence influence directement :
- les températures intérieures ;
- les besoins de refroidissement ;
- le vieillissement des matériaux.
Le choix des couleurs de façade ou de toiture est donc loin d’être uniquement esthétique.
Le cas particulier des vitrages
Les vitrages présentent un comportement particulier.
Ils laissent pénétrer une grande partie du rayonnement solaire de courte longueur d’onde.
Une fois à l’intérieur, ce rayonnement est absorbé par les meubles, les murs et les sols.
Ces éléments se réchauffent puis réémettent cette énergie sous forme d’un rayonnement infrarouge de plus grande longueur d’onde.
Or, le vitrage est beaucoup moins transparent à ce rayonnement.
Une partie importante de l’énergie reste donc piégée à l’intérieur.
C’est ce phénomène que l’on appelle communément l’effet de serre.
Il explique pourquoi une véranda peut atteindre plus de 50 °C en plein été.
Conseil de l’expert
Il est beaucoup plus efficace d’empêcher le soleil d’atteindre une vitre que d’essayer d’évacuer ensuite la chaleur avec une climatisation.
Une protection solaire extérieure (brise-soleil, volet, screen ou store extérieur) bloque le rayonnement avant qu’il ne pénètre dans le bâtiment.
À l’inverse, un store intérieur réduit l’éblouissement, mais laisse déjà entrer la majeure partie de l’énergie solaire. Celle-ci est absorbée par le store lui-même puis dissipée dans la pièce, ce qui limite fortement son efficacité contre la surchauffe.
1.6 Le rayonnement solaire : principale source de chaleur estivale
Le soleil constitue, de très loin, la principale source d’énergie reçue par un bâtiment en période estivale. Lorsqu’un ciel est dégagé, la puissance instantanée du rayonnement solaire incident peut approcher 1 000 W/m² à midi, selon la saison, la latitude et l’orientation de la surface. Cela signifie qu’un vitrage de 4 m² exposé directement au soleil peut recevoir plusieurs kilowatts de puissance thermique, soit davantage que la puissance de nombreux radiateurs domestiques.
Cette énergie ne pénètre cependant pas uniformément dans l’enveloppe du bâtiment. Son impact dépend d’une combinaison de facteurs :
- l’orientation de la façade ;
- l’inclinaison de la surface ;
- la nature du vitrage ;
- les protections solaires ;
- la couleur des matériaux ;
- l’environnement proche (arbres, bâtiments voisins, relief).
Comprendre ces paramètres permet d’anticiper les risques de surchauffe et de concevoir des solutions efficaces.
1.6.1 Le parcours du rayonnement solaire
Le rayonnement émis par le soleil est composé de plusieurs longueurs d’onde. Une partie est réfléchie par l’atmosphère, une autre est absorbée par les nuages, et le reste atteint les bâtiments.
Lorsqu’il rencontre une façade ou une toiture, trois phénomènes se produisent simultanément :
- une partie du rayonnement est réfléchie ;
- une partie est transmise (notamment à travers les vitrages) ;
- une partie est absorbée et transformée en chaleur.
Le bilan entre ces trois phénomènes dépend fortement du matériau.
Un enduit blanc réfléchira une part importante de l’énergie incidente, alors qu’une membrane bitumineuse noire en absorbera une proportion beaucoup plus élevée.
1.6.2 Pourquoi les toitures sont-elles si critiques ?
La toiture est généralement la surface la plus exposée au rayonnement solaire.
En Belgique, durant une journée estivale, la température superficielle d’une couverture sombre peut dépasser 70 °C, voire davantage lorsque le vent est faible.
Pour illustrer ce phénomène, imaginons une maison unifamiliale dont les combles sont aménagés.
La chaleur suit le chemin suivant :
- le rayonnement chauffe les ardoises ;
- les ardoises transmettent leur énergie au support ;
- la charpente et les éléments de toiture se réchauffent progressivement ;
- l’isolant ralentit la propagation de la chaleur ;
- la chaleur finit par atteindre le parement intérieur.
La question essentielle n’est donc pas de savoir si la chaleur traversera la toiture, mais quand elle le fera.
C’est ici qu’intervient la notion de déphasage thermique, qui sera développée dans un chapitre spécifique.
Étude de cas n°1 : une toiture mal conçue
Prenons le cas d’une maison construite au début des années 2000.
Composition de la toiture :
- tuiles foncées ;
- écran sous-toiture ;
- 12 cm de laine minérale ;
- plaques de plâtre.
En période de canicule, les occupants constatent :
- 31 °C dans les chambres à 22 h ;
- difficulté à dormir ;
- recours à des climatiseurs mobiles.
Une première réaction pourrait être d’ajouter quelques centimètres d’isolant. Pourtant, cette solution ne résoudra pas nécessairement le problème si :
- la ventilation nocturne est insuffisante ;
- les fenêtres de toit restent exposées sans protection extérieure ;
- les apports internes sont élevés.
Cet exemple montre qu’une analyse globale du bâtiment est indispensable.
1.6.3 Les vitrages : un point faible… et une opportunité
Les fenêtres représentent souvent le principal point d’entrée des apports solaires.
Un vitrage moderne à faible émissivité limite efficacement les pertes hivernales, mais il peut laisser pénétrer une quantité importante de rayonnement solaire si son facteur solaire (g) est élevé.
Le facteur solaire, noté g, exprime la fraction de l’énergie solaire transmise à l’intérieur.
À titre indicatif :
- un vitrage standard peut présenter un facteur solaire proche de 0,70 ;
- un vitrage à contrôle solaire peut descendre vers 0,35 à 0,45, selon sa composition.
Un choix judicieux du vitrage doit donc concilier plusieurs objectifs :
- bénéficier des apports gratuits en hiver ;
- limiter les surchauffes estivales ;
- conserver un bon niveau de lumière naturelle ;
- éviter un recours excessif à l’éclairage artificiel.
Exemple pratique
Considérons une baie vitrée orientée plein ouest.
En été, le soleil de fin d’après-midi pénètre profondément dans le séjour. Le carrelage, les meubles et les murs absorbent cette énergie, qui est ensuite restituée lentement pendant plusieurs heures.
Résultat :
- la température intérieure continue souvent à augmenter alors que le soleil est déjà couché ;
- la maison reste chaude jusque tard dans la nuit.
Ce phénomène est fréquemment observé dans les maisons contemporaines comportant de grandes surfaces vitrées sans protections extérieures adaptées.
Encadré – Idée reçue
« Un double vitrage performant suffit à éviter la surchauffe. »
Cette affirmation est fausse.
Le coefficient Ug d’un vitrage renseigne principalement sa performance en hiver (limitation des pertes de chaleur). Le comportement en été dépend également du facteur solaire, de l’orientation, des protections extérieures, des occultations et de la stratégie de ventilation.
Il est donc possible d’avoir un vitrage très performant au sens des pertes hivernales, mais peu adapté au confort d’été si ces autres paramètres ne sont pas pris en compte.
Référence technique
Les phénomènes décrits dans cette section sont cohérents avec les principes exposés dans la littérature scientifique sur la physique du bâtiment et dans les publications techniques de Buildwise relatives au confort d’été, aux vitrages et aux protections solaires. Les normes européennes relatives aux performances thermiques des bâtiments et des vitrages constituent également des références utiles pour approfondir ces notions.
1.6.4 Les différentes composantes du rayonnement solaire
Lorsqu’on parle du rayonnement solaire, on imagine souvent un flux unique d’énergie provenant directement du Soleil. En réalité, le rayonnement qui atteint un bâtiment est composé de plusieurs contributions qui se combinent en permanence.
Pour comprendre le comportement thermique d’une habitation, il est nécessaire de distinguer trois composantes principales :
- le rayonnement direct ;
- le rayonnement diffus ;
- le rayonnement réfléchi.
Cette distinction est particulièrement importante lorsqu’on analyse les performances des protections solaires, des vitrages ou des dispositifs de conception bioclimatique.
Le rayonnement direct
Le rayonnement direct correspond aux rayons qui atteignent directement une surface sans être déviés par les nuages ou l’atmosphère.
C’est cette composante qui produit les ombres nettes lors d’une journée ensoleillée.
Son intensité dépend principalement :
- de la hauteur du soleil ;
- de l’orientation de la surface ;
- de son inclinaison ;
- des conditions météorologiques.
En Belgique, le rayonnement direct est maximal lors des journées estivales sans nuages, entre la fin de la matinée et le milieu de l’après-midi.
Pour un bâtiment, cette composante représente souvent la plus grande source d’apports thermiques.
Une baie vitrée orientée au sud-ouest sans protection extérieure peut ainsi recevoir plusieurs centaines de watts par mètre carré pendant plusieurs heures consécutives.
Le rayonnement diffus
Même lorsque le soleil est caché derrière les nuages, il continue de faire clair.
Cette lumière provient du rayonnement diffus.
Les molécules d’air, les particules en suspension et les gouttelettes d’eau dispersent une partie du rayonnement solaire dans toutes les directions.
Le ciel devient alors lui-même une source lumineuse.
Le rayonnement diffus présente plusieurs caractéristiques :
- il est réparti sur l’ensemble de la voûte céleste ;
- il produit peu d’ombres marquées ;
- il est moins intense que le rayonnement direct ;
- il reste présent même par temps couvert.
Cette composante explique pourquoi une façade orientée au nord reçoit malgré tout une certaine quantité d’énergie solaire au cours de l’année.
Le rayonnement réfléchi
Une troisième composante provient des surfaces environnantes.
Les chaussées, les terrasses, les façades voisines, les plans d’eau ou encore la neige réfléchissent une partie du rayonnement reçu.
Cette énergie peut ensuite atteindre un bâtiment sous des angles très différents.
Dans certaines configurations, cette contribution est loin d’être négligeable.
Une grande terrasse en béton clair située devant une baie vitrée peut, par exemple, augmenter les apports solaires en réfléchissant une partie du rayonnement vers le vitrage.
À l’inverse, un jardin végétalisé absorbe davantage d’énergie et limite généralement ce phénomène.
Encadré – Cas concret
Deux maisons parfaitement identiques sont construites côte à côte.
La première possède une vaste terrasse en pierre calcaire claire.
La seconde est entourée d’une pelouse et d’arbres.
En période estivale, la première habitation reçoit davantage de rayonnement réfléchi au niveau des vitrages du rez-de-chaussée.
La seconde bénéficie d’un environnement plus favorable grâce à l’ombrage des arbres et à la capacité du sol végétalisé à rester plus frais.
Cette différence, souvent sous-estimée, peut influencer le confort intérieur de manière sensible.
1.6.5 Le bilan énergétique d’une façade
Lorsqu’une façade est exposée au soleil, elle ne fait pas que recevoir de l’énergie.
Elle échange en permanence de la chaleur avec son environnement.
On peut représenter ces échanges sous la forme d’un bilan énergétique.
La façade :
- reçoit du rayonnement solaire ;
- absorbe une partie de cette énergie ;
- réfléchit une autre partie ;
- perd de la chaleur par rayonnement vers le ciel ;
- échange de la chaleur avec l’air extérieur par convection ;
- transmet une partie de la chaleur vers l’intérieur du bâtiment par conduction.
La température atteinte par la paroi dépend de l’équilibre entre tous ces phénomènes.
Lorsque les apports sont supérieurs aux pertes, la température augmente.
Lorsque les pertes deviennent plus importantes que les apports, la paroi se refroidit progressivement.
Ce principe explique pourquoi une façade continue parfois à rayonner de la chaleur plusieurs heures après le coucher du soleil.
Exemple d’application
Imaginons un mur en briques orienté plein ouest.
À 18 heures, il est encore fortement exposé au soleil.
Sa température superficielle atteint environ 50 °C.
Après le coucher du soleil, le rayonnement solaire disparaît.
Pourtant, le mur continue à restituer progressivement la chaleur qu’il a emmagasinée pendant l’après-midi.
Cette restitution se fait :
- vers l’air extérieur ;
- vers le ciel nocturne ;
- mais aussi vers l’intérieur du bâtiment.
C’est l’une des raisons pour lesquelles certaines chambres restent chaudes jusqu’au milieu de la nuit, même lorsque la température extérieure a déjà commencé à diminuer.
L’œil du certificateur PEB
Lors des certificats PEB et des audits logement, il est fréquent que les occupants déclarent :
« La maison devient insupportable à partir de 18 heures, alors qu’il ne fait plus aussi chaud dehors. »
Cette observation est parfaitement cohérente avec les phénomènes physiques décrits précédemment.
À cette heure de la journée, le bâtiment ne reçoit plus uniquement l’énergie du soleil. Il restitue également toute la chaleur accumulée dans les murs, les planchers, les plafonds, le mobilier et les cloisons pendant plusieurs heures.
Comprendre ce décalage entre l’ensoleillement et la température ressentie est fondamental pour choisir des solutions réellement efficaces contre la surchauffe.
1.6.6 L’influence des saisons sur le rayonnement solaire
L’intensité du rayonnement solaire ne dépend pas uniquement des conditions météorologiques. Elle varie également au cours de l’année en raison de l’inclinaison de l’axe de rotation de la Terre.
Cette inclinaison, d’environ 23,5°, modifie la hauteur apparente du soleil dans le ciel ainsi que la durée d’ensoleillement. Ces deux paramètres influencent directement la quantité d’énergie reçue par un bâtiment.
En Belgique, cette variation est particulièrement marquée entre le solstice d’hiver et le solstice d’été.
En décembre, le soleil reste bas sur l’horizon. Ses rayons parcourent une plus grande épaisseur d’atmosphère avant d’atteindre le sol, ce qui réduit leur intensité. Les journées sont également beaucoup plus courtes.
À l’inverse, en juin, le soleil atteint une hauteur importante dans le ciel. Les rayons traversent une épaisseur d’atmosphère plus faible et les journées sont nettement plus longues. La quantité d’énergie reçue par les bâtiments augmente fortement.
Cette différence explique pourquoi une façade peut être agréable en hiver et devenir une source importante de surchauffe quelques mois plus tard.
Le soleil d’hiver : un allié
En hiver, les apports solaires constituent une source d’énergie gratuite.
Les bâtiments conçus selon les principes bioclimatiques cherchent à exploiter ces apports, notamment grâce à :
- des vitrages orientés au sud ;
- une bonne inertie thermique ;
- des espaces de vie placés sur les façades les plus ensoleillées.
L’énergie solaire captée pendant la journée est absorbée par les murs, les planchers et le mobilier, puis restituée progressivement lorsque la température extérieure diminue.
Cette stratégie permet de réduire les besoins de chauffage tout en améliorant le confort des occupants.
Le soleil d’été : un adversaire à maîtriser
En été, la situation est totalement différente.
Les journées sont longues.
Le soleil est beaucoup plus haut.
L’énergie reçue augmente fortement.
Les apports qui étaient bénéfiques en hiver deviennent alors un facteur de surchauffe.
Le défi consiste donc à laisser entrer le soleil lorsqu’il est utile et à l’empêcher de pénétrer lorsqu’il devient excessif.
Toute la conception bioclimatique repose sur cette idée simple.
1.6.7 La course du soleil en Belgique
La trajectoire du soleil varie au cours de la journée.
Le matin, il éclaire principalement les façades orientées à l’est.
À midi, les façades orientées au sud reçoivent la plus grande quantité de rayonnement direct.
En fin d’après-midi et en soirée, les façades ouest deviennent les plus exposées.
Cette évolution a des conséquences importantes sur le confort des différentes pièces d’une habitation.
Les façades orientées au nord
Les façades nord reçoivent très peu de rayonnement direct.
Elles bénéficient essentiellement du rayonnement diffus provenant de la voûte céleste.
Ces façades restent généralement les plus fraîches du bâtiment.
Elles conviennent particulièrement aux locaux techniques, aux garages, aux celliers ou aux espaces nécessitant peu d’apports solaires.
Les façades orientées à l’est
Le soleil du matin présente plusieurs avantages.
La température extérieure est encore relativement faible.
Les matériaux du bâtiment n’ont pas encore accumulé de chaleur.
Les chambres orientées à l’est bénéficient d’un ensoleillement agréable au réveil tout en restant généralement plus fraîches en soirée.
Les façades orientées au sud
L’orientation sud est souvent considérée comme la plus favorable.
En hiver, elle permet de capter efficacement les apports solaires.
En été, le soleil étant très haut dans le ciel, il devient relativement facile de protéger les vitrages à l’aide :
- d’un débord de toiture ;
- d’une casquette architecturale ;
- d’un brise-soleil horizontal.
Cette caractéristique explique pourquoi les bâtiments bioclimatiques privilégient souvent cette orientation pour les pièces principales.
Les façades orientées à l’ouest
Les façades ouest représentent fréquemment le point critique.
En fin de journée :
- la température extérieure est déjà élevée ;
- les matériaux sont chauds ;
- les occupants sont généralement présents dans le logement.
Le soleil, très bas sur l’horizon, pénètre profondément dans les pièces.
Les protections horizontales deviennent alors beaucoup moins efficaces.
Il est souvent nécessaire d’utiliser :
- des screens extérieurs ;
- des volets ;
- des stores extérieurs ;
- des protections végétales.
De nombreux problèmes de surchauffe observés lors des audits logement trouvent leur origine dans une mauvaise gestion des façades ouest.
Tableau 1.2 – Influence de l’orientation sur les apports solaires
|
Orientation |
Hiver |
Été |
Niveau de risque de surchauffe |
|
Nord |
Très faible |
Très faible |
Faible |
|
Est |
Moyen |
Moyen |
Modéré |
|
Sud |
Très élevé |
Élevé mais facilement protégeable |
Modéré |
|
Ouest |
Moyen |
Très élevé |
Très important |
Ce tableau illustre pourquoi la conception des protections solaires doit être adaptée à chaque façade et non appliquée de manière uniforme à l’ensemble du bâtiment.
Encadré – Erreur fréquente
Une idée largement répandue consiste à penser que la façade sud est toujours la plus problématique.
Dans les faits, les retours d’expérience montrent qu’en Belgique, les plus fortes plaintes de surchauffe concernent souvent les baies vitrées orientées à l’ouest.
La raison est simple : les apports solaires se produisent précisément au moment où la température extérieure atteint son maximum et où les occupants rentrent chez eux. Les matériaux ayant déjà accumulé de la chaleur pendant toute la journée, le logement continue à monter en température alors même que le soleil commence à se coucher.
L’œil du certificateur PEB
Lors des visites de terrain, une simple observation de l’orientation des vitrages permet souvent d’anticiper les plaintes des occupants.
Une grande baie vitrée orientée à l’ouest, dépourvue de protection solaire extérieure, constitue presque toujours un point de vigilance.
À l’inverse, une façade sud correctement conçue, équipée d’un débord de toiture dimensionné en fonction de la course du soleil et complétée par une végétation adaptée, peut offrir un excellent confort tout au long de l’année.
L’orientation d’un bâtiment ne peut pas être modifiée après sa construction. En revanche, les protections solaires, les aménagements paysagers et la gestion des apports thermiques permettent d’améliorer très sensiblement son comportement en période estivale.
Transition vers la section suivante
L’orientation constitue un élément fondamental, mais elle n’est pas le seul facteur à prendre en compte. L’environnement immédiat du bâtiment influence également les apports solaires.
Les arbres, les bâtiments voisins, les reliefs, les pergolas ou encore les haies peuvent modifier profondément l’ensoleillement d’une façade.
Dans la section suivante, nous analyserons le rôle des ombrages naturels et artificiels, ainsi que leur contribution au confort d’été.
1.6.8 Les ombrages naturels et artificiels
L’environnement immédiat d’un bâtiment influence fortement son comportement thermique. Deux habitations construites selon des plans identiques peuvent présenter des températures intérieures très différentes simplement parce que l’une est exposée directement au soleil tandis que l’autre bénéficie d’un ombrage efficace.
Cette influence est souvent sous-estimée lors de la conception des bâtiments et des rénovations. Pourtant, la maîtrise des ombrages constitue l’un des moyens les plus performants pour limiter les surchauffes estivales sans consommer d’énergie.
Avant d’envisager une climatisation, il est donc indispensable d’analyser l’ensemble des éléments susceptibles de réduire les apports solaires.
L’ombrage naturel
Dans la nature, la meilleure protection contre le soleil est souvent… la végétation.
Un arbre feuillu correctement implanté agit comme un véritable système de régulation climatique.
En été, son feuillage dense intercepte une partie importante du rayonnement solaire avant qu’il n’atteigne la façade ou les vitrages.
En hiver, après la chute des feuilles, il laisse de nouveau pénétrer les rayons du soleil, permettant ainsi de bénéficier des apports solaires gratuits.
Cette propriété explique pourquoi les arbres caducs jouent un rôle essentiel dans l’architecture bioclimatique depuis plusieurs siècles.
Au-delà de l’ombre qu’ils procurent, les arbres rafraîchissent également l’air par évapotranspiration.
L’eau absorbée par les racines est rejetée sous forme de vapeur par les feuilles. Ce changement d’état consomme de l’énergie et contribue à diminuer localement la température de l’air.
Il n’est pas rare de mesurer plusieurs degrés d’écart entre une cour entièrement minérale et un jardin abondamment végétalisé.
Les haies et la végétation basse
Les haies, les arbustes et les massifs végétaux jouent également un rôle intéressant.
Ils limitent :
- le réchauffement des abords immédiats ;
- la réflexion du rayonnement solaire vers les façades ;
- la température des surfaces minérales.
Bien qu’ils ne remplacent pas un arbre de grande taille, ils participent à la création d’un microclimat plus favorable autour du bâtiment.
Les bâtiments voisins
L’environnement urbain influence également les apports solaires.
Un immeuble situé au sud d’une habitation peut créer un ombrage important.
Cette situation présente des avantages en été, mais peut réduire les apports solaires utiles en hiver.
L’analyse doit donc toujours être réalisée sur une année complète.
Un ombrage bénéfique en juillet peut devenir pénalisant en décembre.
Les protections architecturales
Lorsque la végétation est insuffisante ou impossible à mettre en place, l’architecture offre de nombreuses solutions.
Les plus courantes sont :
- les débords de toiture ;
- les casquettes solaires ;
- les pergolas ;
- les brise-soleil ;
- les loggias ;
- les balcons.
Ces dispositifs ont un avantage majeur : ils empêchent le rayonnement solaire d’atteindre directement les vitrages.
Ils réduisent donc les apports thermiques avant même que la chaleur ne pénètre dans le bâtiment.
Les débords de toiture
Le débord de toiture est probablement la protection solaire passive la plus ancienne.
Son principe est extrêmement simple.
En été, le soleil étant haut dans le ciel, le débord projette une ombre sur la fenêtre.
En hiver, le soleil étant beaucoup plus bas, ses rayons passent sous le débord et pénètrent profondément dans la pièce.
Ce dispositif permet donc de profiter des avantages du soleil en hiver tout en limitant ses effets en été.
Cependant, son efficacité dépend fortement de son dimensionnement.
Un débord trop court protège peu.
Un débord trop important réduit également les apports hivernaux.
Le calcul de ses dimensions doit être réalisé en fonction :
- de la latitude ;
- de l’orientation de la façade ;
- de la hauteur des baies vitrées ;
- de la course annuelle du soleil.
Les pergolas
Les pergolas constituent une solution particulièrement intéressante lorsqu’elles sont végétalisées.
Une pergola recouverte de plantes grimpantes caducs combine plusieurs avantages :
- protection solaire estivale ;
- rafraîchissement par évapotranspiration ;
- passage du soleil en hiver après la chute des feuilles.
Cette solution est largement utilisée dans les pays méditerranéens mais trouve également toute sa pertinence sous nos latitudes.
Les brise-soleil fixes
Les brise-soleil fixes sont composés de lames horizontales ou verticales.
Ils sont conçus pour bloquer une partie du rayonnement direct tout en conservant un bon niveau d’éclairage naturel.
Leur efficacité dépend :
- de leur orientation ;
- de leur espacement ;
- de leur largeur ;
- de l’angle du soleil.
Ils sont particulièrement adaptés aux façades sud.
En revanche, ils sont moins performants sur les façades ouest où le soleil est très bas en fin de journée.
Les brise-soleil orientables
Les brise-soleil orientables représentent aujourd’hui l’une des solutions les plus performantes.
Leurs lames peuvent être orientées automatiquement afin de :
- limiter les apports thermiques ;
- conserver une vue vers l’extérieur ;
- maintenir un bon éclairement naturel ;
- éviter l’éblouissement.
Associés à une gestion automatique en fonction de la météo, ils permettent d’optimiser simultanément le confort et les consommations énergétiques.
Tableau 1.3 – Comparaison des protections solaires
|
Protection |
Efficacité contre la chaleur |
Lumière naturelle |
Entretien |
|
Débord de toiture |
Très bonne (façade sud) |
Excellente |
Très faible |
|
Volet roulant |
Excellente |
Nulle lorsqu’il est fermé |
Faible |
|
Screen extérieur |
Très bonne |
Bonne |
Faible |
|
Store intérieur |
Faible à moyenne |
Bonne |
Faible |
|
Brise-soleil orientable |
Excellente |
Très bonne |
Moyen |
|
Arbre caduc |
Excellente |
Excellente en hiver |
Taille périodique |
Encadré – Erreur fréquente
Une erreur régulièrement observée consiste à installer un store intérieur après avoir constaté une surchauffe.
Cette solution améliore souvent le confort visuel mais réduit relativement peu les apports thermiques.
En effet, le rayonnement solaire traverse déjà le vitrage avant d’être arrêté par le store.
L’énergie est donc entrée dans le bâtiment.
Le store se réchauffe, puis restitue progressivement cette chaleur à la pièce.
Pour limiter efficacement la surchauffe, il est préférable d’intercepter le rayonnement avant qu’il ne traverse le vitrage.
L’œil du certificateur PEB
Au cours des audits logement, il est fréquent d’observer des habitations où plusieurs milliers d’euros ont été investis dans une climatisation alors qu’une partie importante des gains thermiques aurait pu être évitée par des protections solaires adaptées.
Une analyse attentive de l’orientation, des vitrages et des ombrages permet souvent d’identifier des solutions passives plus économiques, plus durables et moins énergivores.
La hiérarchie des interventions devrait toujours être la suivante :
- réduire les apports solaires ;
- favoriser le rafraîchissement naturel ;
- améliorer l’inertie lorsque cela est possible ;
- recourir à un système actif uniquement lorsque les solutions passives ne suffisent plus.
Cette approche constitue l’un des principes fondamentaux de la conception bioclimatique.
Transition
Jusqu’à présent, nous nous sommes intéressés aux apports de chaleur provenant de l’extérieur.
Cependant, un bâtiment produit également sa propre chaleur.
Les occupants, l’éclairage, les appareils électroménagers, l’informatique ou encore la cuisson représentent des apports internes parfois très importants.
Ces gains thermiques, souvent négligés, peuvent suffire à provoquer une surchauffe dans un bâtiment très performant.
La section suivante leur est entièrement consacrée.
1.7 Les apports internes de chaleur
Lorsqu’un bâtiment devient inconfortablement chaud en été, les occupants attribuent généralement cette situation au soleil ou à une isolation insuffisante. Pourtant, une partie non négligeable de la chaleur provient de l’intérieur même du logement.
Chaque activité humaine produit de l’énergie thermique. Les occupants, les appareils électroménagers, les équipements informatiques, l’éclairage ou encore la cuisson contribuent quotidiennement à augmenter la température intérieure.
Dans un bâtiment ancien, ces apports étaient souvent compensés par les nombreuses infiltrations d’air. Les constructions modernes, beaucoup plus étanches, conservent davantage cette chaleur. Ce qui constitue un avantage en hiver peut ainsi devenir un inconvénient lors des périodes estivales.
Comprendre les apports internes est indispensable pour expliquer pourquoi certaines maisons continuent à se réchauffer alors que toutes les protections solaires sont déjà fermées.
1.7.1 La chaleur produite par les occupants
Le corps humain est une véritable centrale thermique.
Pour maintenir sa température interne proche de 37 °C, il transforme en permanence l’énergie apportée par l’alimentation en chaleur.
Selon l’activité réalisée, la puissance dégagée varie fortement.
Une personne au repos produit généralement entre 70 et 100 watts.
Une activité domestique légère, comme le ménage ou la préparation d’un repas, peut porter cette puissance à 120 à 180 watts.
Lors d’un effort physique soutenu, un adulte peut dépasser 400 watts.
Ces valeurs peuvent sembler modestes. Pourtant, lorsqu’elles sont additionnées sur plusieurs heures et pour plusieurs occupants, elles représentent un apport énergétique significatif.
Exemple pratique
Prenons l’exemple d’une famille composée de quatre personnes.
En soirée, chacun est présent dans le séjour.
La puissance thermique dégagée peut atteindre environ 350 watts.
Au cours d’une soirée de quatre heures, cette famille libère plus d’un kilowattheure de chaleur dans la pièce.
Cette énergie est absorbée progressivement par l’air, les murs, les meubles et les plafonds.
Dans une habitation très étanche, elle participe directement à l’augmentation de la température intérieure.
Tableau 1.4 – Production de chaleur selon l’activité
|
Activité |
Puissance thermique approximative |
|
Personne endormie |
60 W |
|
Personne assise |
70 à 100 W |
|
Travail de bureau |
90 à 120 W |
|
Cuisine légère |
120 à 180 W |
|
Ménage |
150 à 250 W |
|
Activité sportive |
300 à 600 W |
Ces valeurs sont données à titre indicatif et varient selon l’âge, la corpulence et l’intensité de l’effort.
1.7.2 Les appareils électroménagers
Chaque appareil électrique transforme une partie de l’énergie qu’il consomme en chaleur.
Même lorsqu’il remplit une fonction utile, une proportion importante de l’électricité absorbée finit inévitablement sous forme d’énergie thermique.
Dans une habitation moderne, cette chaleur provient notamment :
- du réfrigérateur ;
- du congélateur ;
- du four ;
- de la plaque de cuisson ;
- du lave-vaisselle ;
- du lave-linge ;
- du sèche-linge.
Les appareils les plus puissants peuvent représenter plusieurs kilowatts pendant leur fonctionnement.
Le four domestique constitue un exemple particulièrement parlant.
Lorsqu’il fonctionne à pleine puissance, il peut consommer entre 2 000 et 3 500 watts.
Même si une partie de cette énergie sert à cuire les aliments, une quantité importante est dissipée dans la cuisine.
En plein été, cette chaleur supplémentaire contribue directement au réchauffement du logement.
Les équipements audiovisuels et informatiques
Les équipements électroniques sont devenus omniprésents dans les habitations.
Télévisions, ordinateurs, consoles de jeux, routeurs internet, écrans ou chargeurs fonctionnent parfois plusieurs heures par jour.
Toute l’électricité consommée finit pratiquement par être transformée en chaleur.
Un ordinateur de bureau utilisé pour le télétravail peut ainsi dissiper entre 150 et 300 watts selon sa configuration.
Dans un bureau de petite superficie, cette puissance suffit à augmenter sensiblement la température au cours de l’après-midi.
1.7.3 L’éclairage
Pendant longtemps, l’éclairage représentait une source importante de chaleur.
Les lampes à incandescence convertissaient plus de 90 % de l’énergie consommée en chaleur.
Les lampes halogènes présentaient un comportement similaire.
L’arrivée des LED a profondément modifié cette situation.
Leur rendement lumineux est beaucoup plus élevé et les pertes sous forme de chaleur sont nettement réduites.
Cependant, même les LED produisent une certaine quantité de chaleur.
Dans un bâtiment tertiaire comportant plusieurs centaines de luminaires, cette contribution reste prise en compte dans les calculs thermiques.
1.7.4 La cuisson
La cuisson constitue l’un des apports internes les plus importants.
Le fonctionnement simultané :
- du four ;
- des plaques de cuisson ;
- de la hotte ;
- du lave-vaisselle,
peut représenter plusieurs kilowatts de puissance.
À cela s’ajoute la vapeur d’eau produite lors de la préparation des repas.
Cette humidité influence directement le confort thermique.
Une température de 27 °C associée à un taux d’humidité élevé est généralement ressentie comme beaucoup plus inconfortable qu’une température identique dans un air sec.
Nous reviendrons en détail sur ce phénomène dans le chapitre consacré à l’humidité et au confort hygrothermique.
1.7.5 Les aquariums, caves à vin et équipements spécifiques
Certains équipements particuliers génèrent des apports thermiques continus.
C’est notamment le cas :
- des aquariums chauffés ;
- des serveurs informatiques ;
- des armoires électriques ;
- des équipements audiovisuels professionnels ;
- des caves à vin climatisées.
Dans les bâtiments tertiaires, ces équipements peuvent représenter une part importante de la charge thermique totale.
Leur influence doit être prise en compte lors du dimensionnement des systèmes de ventilation et de refroidissement.
Encadré – Erreur fréquente
Il est courant d’entendre :
« Tous mes volets sont fermés, pourtant il fait toujours trop chaud. »
Lorsque les apports solaires ont été correctement limités, la chaleur produite à l’intérieur du bâtiment devient parfois le facteur dominant.
Les repas, les appareils électriques, les ordinateurs ou encore les occupants eux-mêmes continuent à produire de l’énergie thermique.
Dans une maison très performante, cette chaleur reste plus longtemps piégée si elle n’est pas évacuée par une ventilation adaptée.
L’œil du certificateur PEB
Au cours de certains audits, les mesures révèlent des températures intérieures élevées alors que les protections solaires sont parfaitement utilisées.
L’analyse montre souvent une accumulation de plusieurs facteurs :
- télétravail toute la journée ;
- plusieurs ordinateurs fonctionnant en permanence ;
- cuisson en soirée ;
- ventilation nocturne insuffisante ;
- absence de rafraîchissement naturel.
Pris isolément, chacun de ces éléments paraît peu important.
Additionnés, ils peuvent représenter une charge thermique équivalente à plusieurs radiateurs fonctionnant simultanément.
Cette observation rappelle qu’un bâtiment doit toujours être analysé dans sa globalité. Les performances de l’enveloppe ne suffisent pas à expliquer le confort d’été ; les usages quotidiens des occupants jouent également un rôle déterminant.
Transition
Les apports internes expliquent une partie importante des surchauffes observées dans les bâtiments performants.
Cependant, la réaction d’un bâtiment face à ces apports dépend fortement de sa capacité à absorber, stocker puis restituer cette énergie.
C’est précisément ce que l’on appelle l’inertie thermique.
Cette notion, souvent évoquée mais rarement comprise dans toute sa complexité, constitue l’un des piliers de la physique du bâtiment.
Le chapitre suivant lui sera entièrement consacré et montrera pourquoi deux maisons présentant la même isolation peuvent offrir un confort d’été radicalement différent.
1.8 Les apports internes d’humidité et leur influence sur le confort d’été
La température de l’air ne constitue pas le seul paramètre déterminant le confort d’un bâtiment. Deux pièces affichant exactement la même température peuvent procurer des sensations très différentes selon leur taux d’humidité.
Cette notion est souvent mal comprise. Lorsqu’un occupant déclare qu’il fait « lourd » ou que l’air est « étouffant », ce ressenti est généralement lié à une combinaison entre une température élevée et une humidité excessive.
En période estivale, la gestion de l’humidité devient donc un élément essentiel du confort hygrothermique.
1.8.1 La vapeur d’eau dans l’air
L’air qui nous entoure contient toujours une certaine quantité de vapeur d’eau.
Cette vapeur provient de nombreuses sources :
- la respiration des occupants ;
- la transpiration ;
- la cuisson des aliments ;
- les douches et les bains ;
- le séchage du linge ;
- les plantes d’intérieur.
La quantité maximale de vapeur d’eau que l’air peut contenir dépend fortement de sa température.
Plus l’air est chaud, plus il est capable de contenir d’humidité.
À l’inverse, lorsqu’il se refroidit, cette capacité diminue progressivement.
Lorsque la limite est atteinte, la vapeur d’eau se condense sous forme de gouttelettes.
C’est ce phénomène qui explique l’apparition de buée sur une vitre froide ou la formation de rosée sur la végétation au lever du jour.
1.8.2 L’humidité relative
Dans le domaine du bâtiment, l’humidité est généralement exprimée sous la forme d’une humidité relative.
Cette grandeur représente le rapport entre la quantité réelle de vapeur d’eau présente dans l’air et la quantité maximale que cet air pourrait contenir à la même température.
Elle est exprimée en pourcentage.
Une humidité relative de 50 % signifie que l’air contient la moitié de la vapeur d’eau qu’il pourrait contenir avant d’atteindre la saturation.
Cette notion est importante, car une même quantité de vapeur d’eau produira une humidité relative différente selon que la température est de 20 °C ou de 30 °C.
Tableau 1.5 – Zone de confort hygrothermique
|
Température de l’air |
Humidité relative |
Sensation généralement observée |
|
20 °C |
40 à 60 % |
Très confortable |
|
24 °C |
40 à 60 % |
Confortable |
|
27 °C |
70 % |
Sensation de lourdeur |
|
30 °C |
75 % |
Inconfort important |
|
32 °C |
80 % |
Confort fortement dégradé |
Ces valeurs sont indicatives. La sensation réelle dépend également de la vitesse de l’air, de l’activité physique, de l’habillement et de la température des parois environnantes.
1.8.3 Pourquoi l’humidité augmente-t-elle la sensation de chaleur ?
Le corps humain maintient sa température principalement grâce à l’évaporation de la transpiration.
Lorsque la transpiration s’évapore, elle absorbe une quantité importante d’énergie. Ce phénomène contribue naturellement au refroidissement du corps.
En revanche, lorsque l’air est déjà fortement chargé en humidité, cette évaporation devient beaucoup plus difficile.
La transpiration reste sur la peau.
Le refroidissement naturel du corps diminue.
La sensation de chaleur augmente rapidement, même si la température de l’air reste inchangée.
C’est pourquoi une température de 28 °C accompagnée d’une humidité élevée est souvent ressentie comme beaucoup plus pénible qu’une température de 30 °C dans un air sec.
1.8.4 Les principales sources d’humidité dans une habitation
Dans une habitation occupée, les apports d’humidité sont continus.
Chaque occupant rejette quotidiennement plusieurs litres d’eau sous forme de vapeur.
À cela s’ajoutent les activités domestiques.
La cuisson représente l’une des principales sources de vapeur.
Faire bouillir une casserole d’eau, cuire des pâtes ou préparer un repas sans utiliser la hotte peut augmenter rapidement le taux d’humidité dans la cuisine.
Les salles de bains constituent également des espaces particulièrement concernés.
Une douche chaude produit une quantité importante de vapeur qui, sans ventilation efficace, se diffuse progressivement dans l’ensemble du logement.
Le séchage du linge à l’intérieur peut également libérer plusieurs litres d’eau dans l’air au cours d’une seule journée.
Dans un bâtiment très étanche, cette humidité doit impérativement être évacuée par une ventilation adaptée.
Étude de cas
Une maison unifamiliale construite en 2022 présente une excellente performance énergétique.
Les occupants se plaignent pourtant d’une sensation d’étouffement durant les soirées d’été.
Les mesures réalisées montrent :
- Température intérieure : 27,5 °C.
- Humidité relative : 74 %.
L’analyse révèle plusieurs causes :
- quatre occupants présents toute la journée ;
- télétravail ;
- cuisson quotidienne sans utilisation systématique de la hotte ;
- linge séché à l’intérieur ;
- ventilation mécanique utilisée à faible débit.
Après augmentation du débit de ventilation pendant les périodes de cuisson et amélioration de la gestion du séchage du linge, l’humidité relative diminue sensiblement.
La température de l’air varie peu, mais les occupants décrivent une nette amélioration du confort.
Cet exemple montre que le ressenti thermique dépend autant de la qualité de l’air que de sa température.
Encadré – Erreur fréquente
Une idée largement répandue consiste à penser qu’il suffit d’abaisser la température de quelques degrés pour améliorer le confort.
En réalité, un air plus sec peut procurer une sensation de fraîcheur plus importante qu’une baisse de température obtenue sans diminution de l’humidité.
Le contrôle de l’humidité constitue donc un levier essentiel du confort d’été.
L’œil du certificateur PEB
Lors des visites de terrain, les occupants associent souvent toute sensation d’inconfort à une température excessive.
Pourtant, les mesures montrent régulièrement que la température reste relativement modérée tandis que l’humidité relative dépasse les valeurs recommandées.
Dans ces situations, une meilleure utilisation de la ventilation ou une adaptation des habitudes d’occupation améliore le confort sans nécessiter de travaux importants.
La mesure simultanée de la température et de l’humidité constitue donc un outil précieux pour établir un diagnostic fiable.
Transition
Nous avons étudié les apports de chaleur provenant du soleil, ceux générés par les occupants et les équipements, ainsi que le rôle de l’humidité dans la sensation de confort.
Il reste désormais une notion fondamentale permettant de comprendre pourquoi certains bâtiments restent agréables malgré ces apports thermiques : leur capacité à absorber, stocker et restituer la chaleur.
Cette propriété porte un nom : l’inertie thermique.
Elle constitue l’un des concepts les plus importants de la physique du bâtiment et fera l’objet du chapitre suivant.