Confort thermique d'hiver et d'été

Le sommaire des infos et concepts des maisons passives
Le concept « Maison passive » est basé, dès la phase de conception, sur l’efficacité énergétique. Le confort doit, entre autre, y être assuré par la qualité de l’isolation, dont le niveau doit permettre de se passer de tout système de chauffage classique, contrairement aux constructions habituelles, mal isolées par l’intérieur, dans lesquelles se rôle doit être assuré par les appareils de chauffage.

Ce concept implique des niveaux d’isolation bien supérieur à la pratique habituelle. Seules les isolations par l’extérieur sans ponts thermiques sont utilisables. Elles jouent le rôle d’un manteau et protègent du froid mais aussi des chocs thermiques que subissent habituellement les murs extérieurs. L’isolation protège aussi de la chaleur en été mais, dans cette situation, l’inertie thermique par transmission peut avoir un rôle important.

Le confort d’été et le confort d’hiver sont très différents.

Le confort d’hiver
En hiver, la température extérieure est pratiquement toujours en dessous des températures de confort. Les pertes de chaleur vers l’extérieur sont permanentes, souvent plus importantes la nuit que le jour parce qu’il fait généralement plus froid, mais avec des écarts quotidiens relativement faibles de l’ordre de quelques degrés Celsius seulement. Pendant cette période, il faut réduire les perditions pour limiter l’usage de systèmes de chauffage coûteux en énergie et polluants.

L’isolation doit être optimisée en fonction de la construction et du climat local. Chaque cas est particulier. Trop faible, elle conduirait à une dépense énergétique mensuelle prohibitive doublée d’une pollution qui aurait pu être évitée et, trop importante, elle entraînerait un surcoût d’investissement inacceptable. Ce sont les calculs thermiques qui permettent de déterminer le niveau d’isolation de chaque type de paroi, sol, mur et toit. Dans le cas des constructions « Maison Passive » certifiée, ils doivent être impérativement effectués avec le logiciel PHPP du Passivhaus Institut.

Les épaisseurs des matériaux peuvent varier de manière considérable en fonction de leur qualité thermique propre, du climat, de la compacité de la construction, des apports thermiques gratuits du soleil, des prévisions d’occupation intérieure… De 12cm pour les isolants les plus performants dans le sud de la France, les épaisseurs des isolants classiques des façades peuvent atteindre 25 à 30cm ou plus dans les climats froids, notamment les climats de montagne. Ces épaisseurs d’isolation par l’extérieur, sans pont thermique, n’ont rien à voir avec les huit à dix centimètres des isolants classiques intérieurs, amoindris par les multiples ponts thermiques, qui sont généralement mis en œuvre quelle que soit la situation géographique des constructions habituelles en France.

Le confort d’hiver est assuré par l’isolation

Le confort d’été
En été, le problème est différent parce que les écarts de température entre la nuit et le jour peuvent être considérables, notamment dans le sud de la France. Si la nuit, les températures peuvent être proches des situations de confort, dans la journée, il en est tout autrement. Des températures d’air de 38°C sont de moins en moins rares et des surfaces de parois, trop sombres, exposées au soleil, qui dépassent largement les 60°C sont courantes. Les écarts de températures peuvent considérablement dépasser les 40°C. Les inerties thermiques qui jouent avec ces variations de température ont alors un rôle important à jouer.

Dans les constructions passives, l’isolation par l’extérieur, optimisée pour l’hiver, protège aussi de la chaleur en été mais cette fonction est beaucoup moins marquée parce que le concept a été établi en Allemagne, pays ou le froid hivernal est beaucoup plus pénalisant que la chaleur estivale. L’isolation protège d’autant mieux en été qu’elle est efficace en hiver mais, dans cette situation, l’inertie par transmission présente un intérêt important alors qu’elle n’en présente aucun en hiver.

L’inertie par transmission permet de décaler, dans le temps, le moment ou la chaleur pénètre dans la construction, après avoir entièrement traversé les façades et les toitures exposées aux rayons du soleil. L’idéal est que la chaleur arrive sur la face intérieure des parois extérieures lorsque la nuit est tombée et que la ventilation peut être poussée au maximum, soit par la VMC en zone de bruit ou de risque d’insécurité, soit, bien mieux, en créant une ventilation transversale grâce à l’ouverture des fenêtres dans les zones qui ne présentent pas ces désagréments.

À qualité d’isolation équivalente, les matériaux peuvent avoir des déphasages très différents qui dépendent de leur épaisseur et de leur diffusivité.

Ces caractéristiques sont particulièrement importantes pour les façades surchauffées par le soleil en été. Le flux de chaleur qui pénètre les parois ralentit dés que le soleil disparaît. La chaleur emmagasinée dans les parois poursuit alors en partie sa route vers l’intérieur, pour constituer des panneaux rayonnants contre-productifs, tandis qu’une partie repart vers l’extérieur dont la température baisse parce que la source de chaleur à disparue. Cette deuxième partie du flux de chaleur sera d’autant plus importante que la chaleur restera longtemps dans les isolants à faible diffusivité. Ce type d’isolant ralenti, non seulement, la vitesse de pénétration de la chaleur par conduction dans les parois extérieures mais, de plus, réduit le flux de chaleur global qui la traverse en améliorant encore le confort.

La chaleur d’été n’est pas uniquement le fait des apports de chaleurs dus à l’échauffement des façades par les rayons directs du soleil. Il résulte également de l’augmentation des températures des parois extérieures, en contact avec l’air chaud, ainsi que du renouvellement de l’air intérieur. Cette augmentation de la température intérieure peut être limitée et régulée par l’inertie d’adsorption de toutes les parois. Les augmentations de température intérieures sont absorbées par toutes les parois, dans la journée, alors que les baisses de la température nocturnes sont limitées par la chaleur qu’elles relâchent, pour tendre vers un équilibre improbable du fait des modifications permanentes des conditions extérieures. Cette réaction naturelle de tout système pour rester en équilibre, ou pour y revenir, limite considérablement les variations de température intérieure. Les murs jouent le rôle d’éponge avec la chaleur comme une vraie éponge le ferait avec l’eau. Les amplitudes des variations de température intérieures sont rabotées tant sur les hausses que sur les baisses. Le confort est amélioré par la limitation des écarts journaliers de température et par le fait que les maximums et minimums sont considérablement réduits. De plus, comme pour l’inertie par transmission, pendant les périodes de forte chaleur, une amplification de la ventilation nocturne permet d’évacuer la chaleur stockée dans la journée et de reconstituer la capacité de stockage de la chaleur de toutes les parois pour le lendemain.

Le confort d’été est assuré par l’isolation et les inerties par transmission et par absorption

Dans les climats ou la température nocturne ne baisse pas suffisamment, les inerties ne présentent que peu d’intérêt parce que le rafraîchissement nocturne n’est alors pas suffisant pour redonner tout leur potentiel de stockage de la chaleur à toutes les parois intérieures.
En résumé :

  • Le confort d’hiver est assuré par l’isolation
  • Le confort d’été est assuré par l’isolation et les inerties par transmission et par absorption
  • L’amélioration du confort d’été par les inerties ne peut avoir lieu qu’en présence d’une forte ventilation nocturne
  • La mise en œuvre des inerties n’est efficace que dans les climats ou la température nocturne est assez faible pour rafraîchir suffisamment les parois intérieures pendant la nuit