L'ECO-CONSTRUCTION



Qu’est ce que l’éco construction ?

Tout l’enjeu de l’éco construction est d’apporter un confort thermique maximum à ses occupants tout en garantissant un impact écologique limité. Cette équation implique la mise en œuvre d’un ensemble de moyens dont le résultat devra se traduire par une habitation parfaitement intégrée dans son environnement, énergétiquement sobre et en offrant un maximum de fonctionnalité et de bien être pour ses occupants. Un proverbe dit qu’ « il n’y a pas plus sûr profit que l’économie » : l’énergie la plus écologique est donc celle que nous ne consommons pas. Il conviendra par conséquent en tout premier lieu d’exploiter tout ce qui peut être fait au niveau de la conception de l’habitation pour permettre la réduction de ses besoins énergétiques. Lorsque le maximum a été fait sur ce plan, il ne reste finalement que peu d’énergie à produire. C’est à ce moment là seulement qu’interviennent les énergies renouvelables. Si les performances énergétiques ont été optimisées en amont, l’énergie produite couvrira la plus grande partie des besoins. Pour les constructions les plus performantes, on atteindra même l’autonomie énergétique (construction passive), voire une production supérieure à la consommation (construction à énergie positive). Les moyens pour y parvenir se situent à tous les niveaux : étude du site d’implantation, prise en compte des caractéristiques climatiques, choix des matériaux de construction, forme architecturale…De la cohérence entre ces paramètres dépendra en outre la réussite du projet.

Les critères d’implantation

L’impact sur l’environnement

L’implantation d’une maison n’aura pas le même impact sur l’environnement selon que le choix se porte sur un terrain proche d’une agglomération ou au contraire sur un site isolé en montagne.

→ Un impact immédiat : la mutation de chaque m2 d’un terrain naturel ou agricole en terrain bâti est une atteinte à l’équilibre d’un l’écosystème nécessaire à la régénération de la planète. Elle a en outre pour autre effet d’éloigner l’agriculture des lieux de consommation. Enfin la viabilisation d’un site isolé aura un coût financier et un préjudice environnemental nécessairement plus importants.

→ Un impact sur le long terme : une habitation éloignée des infrastructures (écoles, structures médicale, commerces…) implique un allongement des temps de transports qui engendre une consommation énergétique supplémentaire.

L’adéquation avec le projet

Le choix du site d’implantation devra également être en harmonie avec votre projet. Cela implique une utilisation autant que possibles des matériaux disponibles localement, et une exploitation optimale des ressources liées au climat. Dans une éco construction aboutie, la forme architecturale, les matériaux utilisés et les solutions choisies en terme de production d’énergie sont intimement liés au lieu d’implantation.

La conception bioclimatique

Adapter l’habitation dans son orientation, sa forme et la nature de ses matériaux de manière à tirer partie du climat et de la topographie, pour assurer le confort de ses occupants, avec un minimum d’énergie, c’est tout l’enjeu de la construction bioclimatique.

Qu’est-ce que le confort thermique ?

Si la vie, et notamment l’activité du métabolisme assurant les fonctions vitales, est possible dans une plage de température ambiante relativement étendue, la véritable sensation de confort thermique nécessite à ce niveau des conditions optimales. Cet état d’équilibre thermique entre le corps et son environnement direct dépend bien évidement du métabolisme de chacun mais également de la température et de l’humidité ambiante, de la température des parois de l’habitation et des mouvements de l’air. Notre corps cherche à se maintenir à une température interne avoisinant 37°C. Outre les apports de calories par l’alimentation, notre corps connaît des échanges permanents de chaleur avec son environnement immédiat. Ces échanges s’opèrent par quatre processus différents :

- l’évaporation : en s’évaporant, la transpiration absorbe de l’énergie et rafraîchi la surface de la peau. En Polynésie, ce processus est largement contrarié lors de la saison chaude. En effet, le fort taux d’humidité sature l’air ambiant et empêche l’évaporation.

- la convection : ce phénomène d’échange de chaleur est provoqué par l’écart de température entre un fluide (l’air ambiant ou de l’eau) et le corps. Au plus cet écart est important au plus la convection est grande. En outre, la vitesse de déplacement de l’air amplifie ce mécanisme.

- la conduction : elle se fait lorsqu’il y a contact direct entre deux corps de températures différentes.

- le rayonnement : le transfère thermique est ici de nature électromagnétique. Il ne nécessite par conséquent aucun élément intermédiaire. L’énergie se propage dans l’espace, en ligne droite jusqu’à son absorption par un solide. C’est notamment par ce phénomène que le soleil réchauffe la terre. En situation de confort thermique, ces échanges réduits au minimum assurent l’équilibre des besoins du corps sans faire intervenir les mécanismes naturels désagréables (le frissonnement contre le froid, la transpiration contre le chaud).

 Les paramètres bioclimatiques

En Polynésie, c’est la chaleur et l’humidité qui nuisent au confort. Avec notre climat tropical, le refroidissement par évaporation est rendu difficile du fait du taux important d’humidité dans l’air. En saison des pluies, qui est aussi la saison la plus chaude, le rafraîchissement qui devrait s’opérer la nuit est souvent entravé par une masse nuageuse conséquente. Enfin, lorsqu’il pleut, le sol restitue une partie de la chaleur absorbée, provoquant une important évaporation. Il en résulte un véritable phénomène de sauna que nous connaissons bien ici. Pour assurer notre confort thermique, le recours à la climatisation semble être la seule issue. Elle rafraîchi l’air tout en réduisant l’humidité relative. La climatisation pèse néanmoins très lourdement sur notre facture d’électricité et de ce fait sur notre environnement, d’autant plus qu’elle est trop souvent associée à des habitations mal isolées. Pour comprendre comment la conception bioclimatique peut nous permettre d’atteindre un confort thermique acceptable sans recours à la climatisation, il faut d’abord étudier comment chacune de ses composantes influe sur notre habitation. La température ambiante est principalement influencée par le soleil, le vent, la nature du sol, la végétation et enfin l’altitude.

Le rayonnement du soleil est responsable de l’élévation de la température à la surface de la terre. Sa capacité de réchauffement dépend de l’épaisseur et de la composition de l’atmosphère terrestre qu’il doit traverser pour atteindre notre sol.

- l’influence de la composition de l’atmosphère : une partie du rayonnement émis est réfléchi vers l’espace (+/-35%) par les nuages, la poussière en suspension dans l’atmosphère, l’océan et le sable blanc. Une autre partie des rayonnements est diffusée dans toutes les directions lors de la traversée de l’atmosphère, en rencontrant notamment les molécules d’air. La vapeur d’eau, le dioxyde de carbone et l’ozone absorbent quant à eux 15% de ce rayonnement.

- l’influence de l’épaisseur de l’atmosphère : l’atmosphère représente donc un écran dont l’épaisseur est un facteur déterminant pour l’intensité de rayonnement que recevra la surface de la terre. Or, cette épaisseur dépend de l’inclinaison de la terre par rapport au soleil. Elle varie donc durant la journée : le matin et le soir, la couche à traverser est plus épaisse qu’au milieu de la journée. Durant l’année, le basculement de la terre fait varier son inclinaison par rapport au soleil, créant ainsi les saisons. Outre son rôle de réchauffement, le soleil nous apporte la lumière indispensable à la vie et à nos activités diurnes. Enfin, cette lumière assainie l’habitat en réduisant le développement des acariens, bactéries et moisissures favorisé par l’obscurité et l’humidité.

 → Le vent

Au niveau de l’habitat, le mouvement d’air est essentiel sur deux plans. La ventilation garantie d’une part un renouvellement de l’air pollué par diverses sources (respiration, cuisine, émanations toxiques des matériaux…). La ventilation agit également au niveau des températures. Le transfert de chaleur par convection est plus important lorsque l’on accélère la circulation de l’air contre la surface d’un corps. On met instinctivement ce phénomène à profit lorsque l’on souffle sur un aliment trop chaud. Au contact d’un corps chaud, un échange de chaleur se fait de ce corps vers l’air environnant qui absorbe ainsi de cette chaleur. Par la ventilation, l’air froid remplace cet air chargé en calories et peut à son tour absorber de la chaleur supplémentaire du corps qui se refroidi ainsi plus vite. On parle alors de convection forcée.

Concernant l’air, une autre donnée est essentielle : sa teneur en vapeur d’eau varie en fonction de sa température ; plus l’air est chaud, plus il peut contenir d’humidité. Les déplacements d’air qui favorisent le refroidissement permettent donc dans un même temps de diminuer l’humidité ambiante. Dans notre climat, ou la chaleur et l’humidité sont les principaux ennemis du confort, une bonne ventilation est donc essentielle et l’exploitation du vent devra être largement pris en considération au niveau de la conception de l’habitation.

Le sol et la végétation

Pour une même zone climatique, certains paramètres peuvent dans un lieu donné, créer un microclimat. C’est par exemple le cas de la nature du sol et de la végétation présente dans l’environnement immédiat dont dépend la température ambiante.

 → Les sols

Il existe trois types de sols ou surfaces réceptrices :

- les sols végétalisés : couverts d’herbes, d’arbres ou d’arbustes, ces sols réduisent le réchauffement de l’air par évapotranspiration.

- les sols minéraux : naturels (roche, sable, terre nue…) ou aménagés (béton, goudron, concassés, pavés, carrelage…), ces sols stockent la chaleur aux périodes d’ensoleillement pour la restituer ensuite rapidement.

- les étendues d’eau : elles stockent également la chaleur mais la restituent plus progressivement. La température de nos lagons oscille dans l’année entre 23 et 26° alors que les températures extrêmes moyennes au sol sont de 20 et 32°.

 → La végétation

Un sol recouvert d’herbe autour de la maison évite la réflexion du rayonnement solaire (réverbération) en plus de limiter le réchauffement grâce à l’évapotranspiration, contribuant ainsi à un apport de fraîcheur. Pour les terrasses, le bois reste un matériau adapté à notre climat : il ne stocke que très peu de chaleur et ne causent aucune réverbération vers les baies vitrées, contrairement aux sols en carrelage par exemple. Les arbres peuvent constituer un écran naturel qui préservera l’habitation du rayonnement direct du soleil et rafraîchira l’air (évapotranspiration). Les arbres suffisamment hauts peuvent même permettre d’ombrager la toiture une partie de la journée, ce qui, dans le cas d’une couverture en tôle par exemple diminue considérablement le réchauffement de l’habitation. Les arbres massifs peuvent par contre nuire à la ventilation lorsqu’ils sont situés devant la construction et dans l’axe des vents dominants.

L’altitude et le relief

L’altitude influe sur la température. On estime que la température chute d’environ 0,7°C pour 100 m d’élévation. Dans nos îles hautes, plus on s’élève dans la montagne, plus on s’éloigne de l’océan et moins ce dernier joue son rôle de régulateur thermique. Les écarts de températures sont donc plus importants entre le jour et la nuit. Le relief quant à lui influe notamment sur l’exposition aux vents. Une habitation située à flanc de montagne pourra être totalement abritée des vents dominants. Une vallée orientée face au vent constituera un couloir dans lequel les habitations seront très exposées.

La forme architecturale et l’orientation

La forme architecturale devra avant tout tenir compte des fonctionnalités de l’habitation qui déterminent son confort (circulation à l’intérieur du bâtiment, qualité de la vue vers l’extérieur, luminosité…). L’exposition au soleil et aux vents dominants aux différentes heures de la journée donnera une indication pour l’agencement des pièces les unes par rapport aux autres ainsi que l’orientation de l’habitation en fonction de la température ambiante souhaitée dans les différents espaces.

 → Une architecture qui préserve du soleil

Outre l’influence des qualités mécaniques du matériau (voir « les matériaux de construction et d’isolation »), le comportement du rayonnement solaire sur une surface dépend notamment de sa superficie et de son inclinaison par rapport au soleil :

- la superficie : le rayonnement intercepté par une surface est strictement proportionnel à sa superficie. Une maison disposant d’un Rez-de-jardin et d’un étage sera donc moins exposée au réchauffement qu’une maison de plein pied, pour une même surface habitable. En effet, la superficie du toit sera divisée par deux. Les parois verticales extérieures présenteront également une surface moindre si la construction offre une bonne compacité.

- l’inclinaison : une surface perpendiculaire au rayonnement du soleil interceptera 100% de ce rayonnement direct, une surface inclinée à 45% en interceptera 70% tandis qu’une surface inclinée à 90% n’interceptera que les rayonnements diffus. Un toit offrant une forte pente sera donc moins exposé aux rayons lorsque le soleil est au zénith, c'est-à-dire lorsqu’il est le plus chaud.

 → Une architecture qui capte le vent

Une différence fondamentale entre un climat chaud et sec et notre climat tropical chaud et humide réside dans l’amplitude entre les températures diurnes et nocturnes. Dans un climat sec, cette amplitude est plus prononcée. La stratégie de rafraîchissement sera de ventiler la nuit pour absorber la fraîcheur dans les parois, et tenir l’habitation fermée le jour pour préserver de la chaleur extérieure et profiter de la restitution de la fraîcheur absorbée la nuit par ces parois. Dans notre climat, l’écart de température trop faible oblige à adopter une autre stratégie. L’inertie thermique des parois n’ayant ici que peu d’effet, on privilégiera une ventilation qui se fera de jour comme de nuit. Pour optimiser la ventilation à l’intérieur de l’habitation, on créera un flux transversal par des ouvertures d’un côté et de l’autre de l’habitation et situées dans l’axe du vent dominant. La toiture étant la principale source de réchauffement, la ventilation des combles ne doit pas non plus être omise. Toujours dans l’axe des vents dominants, des ouvertures de part à d’autre de la toiture permettront une convection forcée rafraîchissante. Pour optimiser cette convection, la surface des sorties d’air sera légèrement supérieure à celle des entrées, ce qui entraînera une accélération des flux.