La conception solaire passive ne comporte pas de capteur solaire à tubes, elle repose sur une approche bioclimatique exploitant de façon optimale le rayonnement solaire reçu par une construction.
Ce type de conception architecturale fortement axé sur le solaire et l’inertie thermique, permet de réaliser des économies d’énergie conséquentes car les besoins en chauffage sont moins importants.
Capter, stocker, préserver et distribuer, sont les maîtres mots de ce concept.
Pour bénéficier de cette technique, il faut réceptionner de façon optimale cette énergie solaire l’hiver par des baies vitrées bien orientées (capter), puis il faut qu’elle soit absorbée par les maçonneries lourdes (stocker), et empêcher qu’elle ne s’échappe (préserver) grâce à l’isolation et fermeture de volets. Enfin cette énergie emmagasinée dans les masses du sol, des murs, ou du mobilier est restituée lentement (distribuer) comme le ferait un radiateur à inertie.
Afin de capter de manière efficace, il est important que ces surfaces de captage soient de couleurs sombres et épaisses. Un mur intérieur bâti en briques de terre crue ou en pierre, exposé plusieurs heures aux rayons solaires emmagasinera beaucoup d’énergie.
L’idée est donc de récupérer un maximum d’énergie solaire l’hiver, tandis que l’été la stratégie est inversée afin d’éviter les surchauffes. Pour empêcher cette surchauffe, on utilisera des stores, ou un écran végétal à feuillage caduque (après la chute des feuilles, l’écran végétal disparaît et le système est de nouveau prêt à recevoir le rayonnement solaire d’hiver).
Le mur Trombe
Le mur Trombe est une solution existante qui permet de profiter directement de l’énergie solaire. Ce principe a été inventé par le professeur Félix Trombe et l’architecte Jacques Michel dans les années 60. Devant ce mur, se trouve un vitrage afin de provoquer un effet de serre chauffant l’air dans l’interstice. Des ouvertures hautes et basses sont aménagées dans le mur pour créer une circulation d’air par thermosiphon entre la lame d’air et l’air intérieur de l’habitation. Ainsi, l’air chauffé dans la lame d’air arrive par les ouvertures hautes dans la pièce. Il se refroidit et revient par les ouvertures basses dans la lame d’air. En l’absence de soleil ce flux s’inverse, il faut alors stopper cette circulation désavantageuse en ajoutant des clapets à fermeture automatique. Il est utile de prévoir un système d’occultation extérieur, pour éviter un refroidissement en hiver et une surchauffe en été.
Principe du mur Trombe © D’encre & D’idées
Le mur capteur
Pour exploiter le solaire passif dans une construction, on peut aussi utiliser la technique du mur capteur.
Nous utilisons là aussi le principe de l’effet de serre, en disposant un vitrage devant un mur à forte inertie thermique (béton ou pierre). Ce mur absorbe l’énergie du rayonnement solaire durant la journée et la restitue pendant la nuit (déphasage). L’énergie solaire est transmise par conduction à travers le mur puis par rayonnement à l’air intérieur. C’est une manière indirecte de profiter de l’énergie solaire, comparé au mur trombe qui lui est un système direct (flux d’air chaud). Le mur capteur ne restitue pas toute l’énergie reçue car il y a des pertes. Afin de limiter ces pertes, il faut prévoir une isolation nocturne (volet) ou utiliser un double vitrage. Pour favoriser l’absorption de la chaleur, il est mieux de prévoir une surface extérieure du mur sombre.
Il existe une solution hybride entre le mur trombe et le mur capteur qui permet un compromis entre ces deux systèmes solaires (direct et indirect).
Maison avec mur solaire – Angleterre
La serre
L’orientation idéale de la serre est au sud. Le principe est en quelque sorte un mur trombe où la lame d’air est élargie, mais attention même si cet espace est rendu habitable sa profondeur doit rester faible car il faut que les rayons du soleil puissent atteindre le mur capteur situé en fond de serre.
Pour un fonctionnement optimum, la serre doit être couverte par une avancée de toit (auvent) bien dimensionnée, ceci afin d’éviter les surchauffes en période estivale. Le rayonnement solaire rasant d’hiver pénètre dans la serre, tandis que celui d’été est stoppé par cet auvent. Des ouvertures en partie haute peuvent être prévues également pour éviter d’éventuelles surchauffes estivales.
Il est nécessaire de prévoir un système d’occultation extérieur (volets) pour l’isolation nocturne d’hiver.
Pour les périodes froides et ensoleillées, la serre peut être exploitée de deux manières comme moyen de chauffage:
- Elle peut apporter du chauffage directement dans l’habitation, grâce à un flux d’air réchauffé, lorsque la baie vers la pièce accolée est en position ouverte (fonction mur Trombe).
- Elle peut aussi être utilisée indirectement en laissant cette baie fermée, c’est le mur capteur qui va alors s’échauffer plus intensément et donc absorber une grande quantité d’énergie solaire, et le restituer avec un déphasage dans l’habitation (fonction mur capteur).
Il est nécessaire dans les deux cas d’occulter et d’isoler du froid en fin de journée la serre pour contrer les pertes caloriques. Suivant les besoins en chauffage, on peut utiliser ces deux fonctionnements de la serre. Il est à noter que la serre joue également un rôle d’espace tampon, elle évite à toute une surface de mur d’être en contact direct avec l’extérieur.