Extrait Bâtir et rénover face au changement bioclimatique

Préface de Christian Clot

Le guide de l'habitat

durable

BÂTIR & RÉNOVER

face au changement bioclimatique

Des solutions concrètes pour un habitat résilient et économe

SOMMAIRE

Les bases bioclimatiques

Organiser un habitat vivant et résilient

1. Observer pour connaître le terrain 88

2. Isoler de manière tactique & rentable 100

3. Produire électricité, chaleur et fraîcheur 110

4. Stocker & déstocker l’énergie thermique 130

5. Recycler : réutiliser tous les fluides des bâtiments 138

6. Re-naturaliser toits & murs 158

7. Mimer les lois simples de la vie 170

8. Respirer. Ventiler naturellement 176

9. Faire société, les solutions possibles 194

10. Habitats sous terre & derrière des buttes, à charges faibles ou nulles 208

11. Habitats bioadaptés anti-froid, canicules & inondations à charges faibles ou nulles 220

L’absorption ou la perte de chaleur par notre corps

Jusqu’à présent, dans nos régions tempérées, nous nous étions habitués à lutter contre la sortie de la chaleur de notre corps en hiver (hivers souvent très modérés). Le problème du changement climatique et des canicules est que, dans les situations d’extrêmes chaleurs, la température de notre corps a tendance à trop s’élever. Or, notre corps est une machine thermique qui cherche à rester en équilibre — c’est l’homéostasie. Les masses de sang, comme tout liquide, sont idéales pour transférer la chaleur de-ci de-là, afin de l’évacuer, de la retenir, ou la fournir aux organes qui en ont le plus besoin. Si la température centrale de notre corps est de 37 °C, celle de la peau de la tête est de 34-35 °C, celle des pieds de 29-30 °C, mais ces chiffres ne sont que des moyennes. La chaleur dans les diverses parties de notre corps se lit en fait distinctement quand nous nous faisons photographier par thermographie infrarouge :

• En mode tempéré, la thermographie montre une répartition équilibrée des zones froides (en bleu) et chaudes (en rouge).

• S’il fait trop froid, notre sang se retire des zones périphériques pour transmettre sa chaleur aux organes internes, pour lesquels il est vital de ne pas trop refroidir. C’est ce que montre l’image du corps en hypothermie : un froid de glace (en bleu) a gagné

sa périphérie et s’approche du centre. Le danger est extrême. Mais nous sommes si adaptables que nous pouvons mettre à profit ce phénomène pour booster notre immunité… Une chambre de cryothérapie permet ainsi de placer une personne dans un froid soudain et bref. Un article de recherche signé par quatre ingénieurs et scientifiques16, note : « Ici, le corps humain [est placé] dans une chambre hermétique, où la température est de - 60 °C à - 110 °C, pendant un court intervalle de temps. […] il est essentiel de connaître précisément les phénomènes thermiques se produisant à la surface cutanée du patient lors d’une séance de cryothérapie corps entier, mais également d’avoir une connaissance précise des conditions aéroliques [de déplacement de la masse d’air] et thermique [de température] ». Les dessins ci-contre, en haut, soulignent comment, dans tout milieu (très froid ici), le corps perd sa chaleur en réchauffant l’air au-dessus de sa tête : le panache d’air chaud, plus léger que l’air froid, s’envole par effet cheminée, aspirant à sa suite l’air froid, plus lourd…

• Lors des canicules, la sortie de la chaleur du corps est bloquée : notre température interne devient trop élevée, et notre rythme cardiaque doit s’élever de manière à déplacer le plus grand volume possible de sang à la périphérie de notre corps. La personne entre en hyperthermie, s’approchant du coup de chaleur.

[->] INFRAROUGE D’UN CORPS EN ÉQUILIBRE, SOUS LE FROID ET EN CANICULE

[->] CORPS SOUS UN FROID EXTRÊME

Dans cette expérience, on a placé une personne dans une zone refroidie à l’azote liquide, pour une séance de thérapie par un froid extrême et bref. Malgré le froid, le corps réchauffe l’air à son contact, qui monte au-dessus de sa tête par un mouvement naturel de convection.

[->] ÉCHANGES THERMIQUES DU CORPS

Le corps échange avec l’environnement surtout en produisant de l’air chaud (c’est la convection), ou par rayonnement (il émet un rayonnement infrarouge).

L’hyperthermie arrive quand il ne peut plus évacuer sa chaleur notamment par rayonnement ou par convection (l’environnement est trop chaud), et l’hypothermie arrive quand il évacue trop de chaleur par ces deux principaux moyens (l’environnement, très froid, lui aspire sa chaleur par ces deux moyens).

Les échanges thermiques entre notre corps et l’extérieur

Nos échanges thermiques avec l’extérieur se produisent de trois façons :

Par rayonnement ou radiation. Le soleil nous réchauffe directement. Par exemple, un mur gorgé de calories nous envoie un rayonnement issu de la chaleur qu’il a accumulé du soleil, via les infrarouges qu’il émet (comme les chauffages à rayonnement infrouge parfois placés dans une salle de bains).

• En été, assis à l’ombre face à un mur très chaud, ce phénomène radiatif fera que nous aurons trop chaud malgré l’ombre. C’est l’effet de paroi chaude.

• L’hiver, notre chaleur interne nous quitte par rayonnement quand nous sommes près d’un mur froid, selon l’effet de paroi froide. Dans ce cas, nous rayonnons notre propre chaleur bue par le mur.

Par convection. Les masses d’air chaud nous transmettent leur chaleur, quand elles viennent contre notre corps. Ce phénomène se produit plus lentement que pour la radiation. La convection n’est pas très efficace, car les calories accumulées dans les molécules d’air doivent venir se frotter avec celles-ci contre nous.

[->]

ÉCHANGE DE CHALEUR

• Dans un sauna, l’air surchauffé se presse contre notre peau et nous transmet sa chaleur. Autre exemple, l’été, dans un studio : l’air chaud du dehors entre par la fenêtre ouverte. Quand il passe autour de notre corps, si ce dernier est plus frais, l’air à 40 °C lui cède ses calories.

• Prenons un scénario hivernal : vous chauffez votre local avec des radiateurs et leur air chaud s’élève aussitôt. Il fait 14 °C au niveau de vos pieds, 17 °C au niveau de votre buste, 21 °C au niveau de votre tête tandis que le plafond est à 27 °C (en canicule, rajoutez 10 °C à ces chiffres). Dans cette ambiance, vous vous refroidissez en partie en perdant votre chaleur via l’air que vous réchauffez au-dessus de vous, par convection.

Par conduction. Si l’on s’appuie contre un mur surchauffé par la canicule, la chaleur se communique directement à notre corps par simple contact.

• En période de canicule, la conduction est très efficace pour éviter le coup de chaleur : en buvant une boisson fraîche, le liquide se gorge de nos calories internes, que nous évacuerons en urinant.

• En hiver, en pressant une bouillotte contre notre corps, nous nous réchauffons par ce contact direct.

ENTRE L’ENVIRONNEMENT & LE CORPS

Ce schéma montre les échanges du corps avec son environnement. On voit bien les échanges qui se produisent par rayonnement infrarouge avec le sol et la paroi, mais aussi ceux liés à l'évaporation (c’est le corps qui sue, sachant que la sueur en s’évaporant produit du froid), et la respiration. Les vêtements permettent de régler les échanges corps à environnement. Ils appartiennent un peu à notre première peau.

[->] EFFET DE PAROI CHAUDE ET DE PAROI FROIDE

Une paroi chaude même dans un air plus frais transmet sa chaleur : c’est l’effet de paroi chaude.

Une paroi froide boit la chaleur corporelle : c’est l’effet de paroi froide.

[->] CONVECTION, CONDUCTION, RAYONNEMENT LE LONG D’UN MUR

Comme un corps, un mur échange avec l’air qui le réchauffe ou le refroidit, par convection. Le mur boit à l’extérieur la chaleur du soleil qui le traverse par rayonnement. Quant à la personne appuyée contre ce mur, elle, se réchauffe grâce à la chaleur de celui-ci, qui entre en elle : c’est la conduction.

Les trois grands types d’isolation

Nous avons vu que l’air immobile est le meilleur isolant. Les doudounes, couvertures, couettes, couches de vêtements superposés sont isolantes parce qu’elles enferment un grand nombre de couches d’air immobiles. Deux situations apparaissent, selon que nous sommes en hiver ou en été :

• en hiver, dans la soupente de l’exemple page 45, le seul moyen pour la vieille dame d’avoir chaud est de superposer les couches de vêtements : les couches d’air l’isolent parce qu’elles coupent les chemins du froid. Elles empêchent l’air chaud de sortir tant par convection que par conduction, tandis qu’elles piègent les radiations thermiques infrarouges qui émanent de son corps ;

• toujours l’hiver, imaginons que la pluie qui passe par les fuites du toit détrempe les vêtements de la vieille dame : toutes leurs couches sont collées par l’eau et ils ont perdu leurs couches d’air immobiles. La dame perd alors sa chaleur par conduction, convection et, bien sûr par radiation ;

• l’été, s’isoler dans des vêtements n’est pas efficace : vous ne pouvez plus évacuer la chaleur au-dehors, plus chaud que votre corps. Il faut retirer la plupart de vos vêtements, pour mettre en contact votre peau avec une atmosphère en général plus fraîche que votre corps (à une température de 37 °C). Vêtements retirés, vous perdez votre chaleur par convection, conduction et rayonnement… mais ceci seulement si l’air est plus frais que votre corps, ainsi que les murs, planchers et plafonds.

Isoler un habitat revient à habiller celui-ci, les isolants jouant le rôle des couches de vêtements. Vous pouvez isoler de trois manières : par l’intérieur, par l’extérieur et dans l’épaisseur même des murs.

L’isolation par l’intérieur

En France, les artisans isolent le plus souvent les maisons par l’intérieur. On pose les parpaings creux en les collant les uns aux autres avec du mortier, puis la couverture (le toit) et les huisseries et menuiseries (parties fixes et puis mobiles des portes et fenêtres). Dans la maison, à présent hors d’eau et hors d’air (c’est-à-dire que la couverture la protège des pluies, et les parois et leurs ouvertures posées la protègent des vents), les corps de métier se succèdent, notamment pour isoler, selon plusieurs étapes :

• une armature de rails métalliques est installée, distants de 20 à 30 cm des murs en parpaings ;

• derrière cette armature, d’épaisses plaques de laine de verre ou de laine de roche sont placées ;

• une sorte de poche en plastique imperméable est disposée partout sur l’isolant, le pare-vapeur, sans oublier d’étancher les raccords, les prises électriques, les jonctions, afin d’empêcher tout passage d’humidité venue de l’intérieur (sachant que le mur est réputé lui aussi totalement étanche) ;

• sur l’armature constituée par les rails métalliques, des plaques de plâtre d’une épaisseur de 13 mm, dites BA 13, sont vissées ;

• des bandes sont installées aux limites des plaques pour dissimuler leurs limites et la tête noire des vis autoperçantes ;

• les plaques sont enduites, poncées puis peintes ;

• derrière les plaques de plâtres, les gaines conduisant les fils électriques qui ressortent au niveau des prises sont très soigneusement étanchées.

Or, cette pratique est techniquement absurde : rien n’est absolument étanche, d’une part, et d’autre part cela revient à priver son habitat de la masse énorme des murs, qui aurait pu nous servir l’été de stockage de la fraîcheur accumulé dans l’hiver, puis l’hiver pour réchauffer à partir de la chaleur stocker l’été.

L’isolation par l’extérieur de murs déjà montés

Après avoir monté les murs en parpaings, on place l’isolation sur la face externe des murs. Il s’agira souvent de plaques de polystyrène (un mauvais matériau en raison de ses émanations pétrolifères, surtout au soleil… et du risque d’incendie). Sur ces plaques, collées et vissées, on accrochera l’enduit de finition de la façade (le crépi). Thermiquement, c’est une bonne idée, car désormais les tonnes et les tonnes de parpaings (la masse thermique) sont dans la maison et peuvent, grâce à leur inertie thermique, stocker les calories (l’été) et les frigories (l’hiver), et donc tempérer la température intérieure toute l’année.

L’isolation répartie dans les murs eux-mêmes

L’idée de l’isolation répartie est de monter des murs dont les matériaux seraient d’emblée isolés. Plusieurs matériaux ont les qualités pour cela :

• les briques en terre cuite Monomur, qui multiplient les alvéoles, donc les lames d’air immobile ;

• le béton cellulaire, qui joue sur le même effet en multipliant les vides d’air dans sa structure elle-même ;

• les maisons en bois, qui reçoivent entre leurs montants de bois verticaux une isolation, en général des

[->] LES TROIS GRANDS TYPES D’ISOLATION

ISOLATION PAR L’INTÉRIEUR

➊ Plaque de plâtre ➋ Laine de verre ➌ Murs et dalles en béton

De l'intérieur vers l’extérieur, une isolation se compose d'une plaque de plâtre, d’un film étanche à l’air et à la vapeur d’eau, l’un et l'autre accrochés à un des cadres métalliques formés par des rails où l’on enfonce des vis autoperçantes ; puis vient l’isolation proprement dite, composée de laine de verre ou de laine de roche (dans la construction non écologique).

ISOLATION CLASSIQUE DE L’INTÉRIEUR

➊ Parpaings creux ➋ Laine de verre ➌ Rail métallique ➍ Pare-vapeur ➎ Plaque de plâtre

ISOLATION PAR L’EXTÉRIEUR DE MURS DÉJÀ MONTÉS

➊ Parpaings ➋ Plaques de polystyrène ➌ Couches d’enduit (crépis)

ISOLATION RÉPARTIE DANS

LES MURS EUX-MÊMES

➊ Brique Monomur

➋ Mortier ➌ Crépis

Les rupteurs de ponts thermiques

Sur un pont thermique, il est possible de mettre une sorte de pont-levis, que l’on appelle un rupteur de ponts thermiques. Dans l’immeuble haussmannien ci-dessous, dont le modèle parisien se retrouve à Lyon, Marseille ou Bordeaux et ailleurs, les bâtisseurs connaissaient les faibles performances du chauffage (alors des cheminées à foyers ouverts). Mais ils ont travaillé les éléments en amenant de grandes qualités thermiques. Les éléments porteurs sont les façades et les murs de refend. Le froid et le chaud pénètrent par-là, puis progressent jusqu’au fond des appartements en suivant même les cloisons intérieures non porteuses, mais touchant les façades. Mais ici les masses sont telles qu’elles ralentissent la progression du froid ou du chaud. Ensuite, la composition des planchers rompt en partie les ponts thermiques, même si les poutres de structure ➊ sont métalliques (et conduisent très vite le chaud et le froid au cœur du bâtiment). Le plâtre qui comble les vides ➋ entre planchers et plafond est un premier rupteur du pont thermique formé par les poutres en métal : en effet, le plâtre conduit moins bien le chaud et le froid que le métal. Les poutres métalliques soutiennent des poutres en bois ➌, nouveaux rupteurs : celles-ci conduisent encore plus mal le chaud et le froid que le plâtre. Les poutres de bois soutiennent elles-mêmes les lattes des planchers ➍, troisième catégorie de rupteurs de ponts thermiques. Les flèches bleues et rouges montrent comment froid et chaud entrent19.

Ancrage métallique

Poutre métallique

DE MUR

Façade porteuse sur rue en pierre de taille (calcaire) avec porte métallique et remplissage plâtre

Les cloisons intérieures touchent la façade. Malgré son épaisseur, froid et chaud se propagent en suivant cette jonction, de cloison qui se touche en cloison qui se touche. C’est ainsi que la canicule entre au plus profond des immeubles, haussmanniens ou non, et des maisons en brique, pierre ou béton. Les flèches bleues montrent la sortie de chaleur en hiver, les flèches rouges, la pénétration de la chaleur lors des canicules.

Cette maison de 2011 a été pensée avec une orientation au sud lui permettant d’accueillir une grande surface potentielle de panneaux photovoltaïques. Sa classe énergétique est A+.

Les ponts thermiques dans une maison en bois

Même dans une maison en bois, il existe des ponts thermiques. Cela peut résulter d’une intervention maladroite qui, comme sur le dessin ci-contre (haut), a consisté à installer une longue vis qui traverse tout le mur, son écrou étant à l’intérieur. Tout le long du métal se répand en outre de l’eau liquide, résultat de la condensation de l’humidité de l’air à son contact. Pour y parer par l’intérieur, là où les montants en bois et les vis reliaient directement intérieur et extérieur, on a ajouté une plaque d’isolant — dans une maison en bois, les interventions sont aisées.

Sur une baie vitrée bien isolée, les ouvertures sont toujours un point faible. Ici, on a donc avancé la cloison avec son isolation sur le dormant de la baie pour renforcer l’isolation de celle-ci. Cette technique est toutefois déconseillée en cas de remplacement ultérieur de la baie.

Dans une maison en bois, on peut ajouter à l’intérieur sur la tranche des montants en bois (eux-mêmes des ponts thermiques, quoique modérés) une dernière couche d’isolant, comme sur le schéma de gauche. Il est impératif qu’aucune vis ne transperce jamais une cloison.

UNE RÉFÉRENCE POUR CONCEVOIR DES HABITATS BIOCLIMATIQUES RÉSILIENTS ET ÉCONOMES.

Le changement climatique met nos corps et nos habitats à l’épreuve. Face aux événements météorologiques extrêmes —  sécheresses, inondations, tempêtes — et à la flambée des coûts, adapter ou repenser sa manière de construire est devenu une nécessité. Autoconstructeur et ingénieur spécialiste de la maison zéro charge, Pierre-Gilles Bellin partage ses connaissances et son expérience de terrain pour transformer radicalement notre manière de bâtir et de rénover. Objectif : des habitats bioclimatiques durables, autonomes et économes.

©ChartierDalix

[->] Impact de la biocrise sur l’habitat : comprendre comment notre corps et l’habitat réagissent face aux extrêmes climatiques, panorama des normes techniques et administratives qui régissent la construction et la rénovation, calcul des coûts de la construction et de la rénovation… Tout ce qu’il faut savoir pour sauvegarder la valeur de ses biens, passer à l’action et interagir avec les services de l’urbanisme, les maîtres d’œuvre, les architectes et les artisans.

[->] Une méthode globale pour créer un habitat vivant et résilient : observer le climat et son terrain, isoler sa maison, stocker et déstocker chaleur et fraîcheur, recycler les eaux usées et jouer avec les fluides des bâtiments, naturaliser son habitat avec les toits végétaux, mimer les lois simples de la nature, faire respirer et ventiler naturellement son habitat, produire de l’électricité avec des panneaux photovoltaïques… une évolution écologique de l’habitat, en ville comme à la campagne, des maisons, des immeubles anciens ou modernes, des entrepôts ou des municipalités pour asseoir les projets sur une vraie rentabilité, éprouvée au fil des expériences de l’auteur.

[->] Un tour du monde des projets inspirants : un écolieu en Bretagne, les tours à vent en Iran, un habitat autonome, zéro charge et communautaire dans le Massachusetts, les Earthships au Nouveau-Mexique… Une diversité de projets inspirants pour construire ou rénover rentable.