Sarl 3iSTRUCTURELieu-dit Le MNESQUIL 31820 PIBRAC : 0561 072 788 0561 071 339

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1. PREAMBULELintrt de linertie thermiquePour assurer une bonne qualit thermique dun environnement intrieur, sans faire appel des technologies complexes, on peut intervenir sur 4 paramtres :

La gestion des apports solaires et des apports gratuits La gestion de la ventilation naturelle Lisolation thermique de lenveloppe Linertie thermique du btiment

Linertie thermique est directement lie la gestion des apports solaires et de la ventilation: elle permet de stocker lnergie reue par le btiment et de la restituer lentement lorsque cela est ncessaire, ou bien de lvacuer par une sur ventilation nocturne. Linertie permet de rguler les ambiances thermiques lintrieur dun btiment, et de ce fait damliorer le confort thermique. Le rle de linertie thermique est donc prpondrant dans la matrise des ambiances climatiques par des systmes passifs (architecturaux). Il est important de comprendre les mcanismes qui sont luvre dans le phnomne de linertie thermique, afin dessayer de dfinir les rgles qui permettront dutiliser au mieux linertie des btiments pour une meilleure gestion des flux thermiques. Nous terminerons par un balayage de diverses applications de linertie thermique dans larchitecture traditionnelle et vernaculaire et dans les btiments modernes.

2.

QUEST CE QUE LINERTIEDFINITIONS Inertie: proprit de la matire qui fait que les corps ne peuvent modifier par euxmmes leur tat de repos ou de mouvement; Force dinertie: force qui soppose tout changement; Inertie thermique: linertie thermique dun btiment, cest sa capacit stocker et dstocker de lnergie dans sa structure, quelle que soit la saison. Elle dfinit la vitesse laquelle le btiment se refroidit ou se rchauffe. Elle permet damortir les variations de temprature intrieure.

Exemple: les corps opposent au mouvement la force dinertie (Larousse) Exemple: linertie de ladministration

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LES INERTIES THERMIQUES

La notion dinertie thermique est complexe. En fait, il y a plusieurs types dinertie. Linertie est diffrente selon la nature de laction thermique. Il nexiste pas une inertie, mais plusieurs modes de raction selon le type daction

Inertie thermique pour une action thermique extrieure Il sagit l du cas le plus simple. Lenveloppe de la construction est soumise des variations de temprature journalires ou saisonnires selon un rgime priodique. Linertie peut tre caractrise en fonction de la priode par le dphasage et lamortissement.

Plusieurs mthodes de calcul permettent de dterminer les valeurs de dphasage (retard) et la quantit de flux qui passe travers la paroi (gains ou amortissement). Les apports (gains) vont dpendre des profils des ondes thermiques auxquelles elles sont soumises. Comme londe thermique est en grande partie constitue par la puissance du rayonnement solaire reu, une autre caractristique importante des parois sera leur orientation et leur inclinaison. Une paroi horizontale (une dalle de terrasse par exemple) sera soumise une puissance maximale en t et sa rponse sera beaucoup plus marque cette saison quen hiver (o au contraire elle sera soumise un rgime de dperdition quasi permanent). Il faut galement tenir compte de la couleur des enduits qui rendra la paroi plus ou moins absorbante ou rflchissante du rayonnement solaire et qui augmentera ou diminuera limportance de la rponse.

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Dfinition de lamplitude de londe incidente ainsi que du gain et du dphasage et de londe transmise par une paroi homogne. ARCHI BIO J.L IZARD.

Inertie thermique pour des actions thermiques intrieuresCes actions sont considres comme permanentes (chauffage du logement) ou alatoires (surchauffe due lensoleillement par exemple). Linertie thermique consiste alors en une accumulation de chaleur dans lenveloppe pour une restitution ultrieure par radiation.

La complexit du phnomne rside en ce que le reflux de chaleur dpend du pass thermique du btiment. Le flux de chaleur travers lenveloppe augmente successivement la temprature des couches du matriau, rduisant ainsi les transmissions thermiques.

On trouve peu dinformations sur ce phnomne, et sil est facile de comprendre que les pertes de chaleur par conductance dpendent de la capacit calorifique et de la diffusivit du matriau, il est moins ais de les quantifier. Laugmentation de la temprature du matriau et la variation de lensemble des paramtres rendent les calculs complexes

Inertie latenteCest un phnomne dont on parle moins et qui est pourtant loin dtre ngligeable.

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Il sagit des proprits de chaleur latente des matriaux lors dun changement dtat. Le passage dun tat liquide un tat gazeux absorbe une grande quantit dnergie. Lnergie absorbe sera restitue lorsque le matriau revient son tat initial. Plusieurs exprimentations ont t testes, avec de la paraffine, des sels hydrates ou de la chliarolite, pour mettre au point des parois chaleur latente. Pourtant ce phnomne existe ltat naturel dans les murs poreux traditionnels: en t les murs schent, ce qui provoque un rafrachissement, et au dbut de lhiver ils reprennent leur teneur en eau sous forme de vapeur qui se condense dans le mur. Des calculs ont dmontr que pour un mur traditionnel en pierre et terre de 50cm dpaisseur, la condensation dans le mur de 5% de sa tenue en eau (variation observe in situ) libre 30 thermies au m2. On estime que les variations sont encore plus importantes avec la terre. En outre, ces variations sont la rsultante des variations permanentes en tous sens, de jour en jour, et mme dheure en heure. Un rayon de soleil ne se transforme pas totalement en chaleur sensible, il sche aussi le mur, lui redonnant une capacit dabsorption qui tempre le refroidissement suivant.

Les paramtres de linertieLinertie thermique dun matriau se caractrise par 2 valeurs : la diffusivit (Df) qui sexprime en m/s, et leffusivit (E) qui sexprime en J.s 1/2 /mK

Leffusivit dtermine la capacit daccumulation de chaleur. Elle se calcule selon la formule

O :

Cp est la chaleur spcifique des matriaux (J/K.kg)

est la conductivit thermique des matriaux (W/K.m) est la masse volumique des matriaux (kg/m3)

Un matriau accumulant beaucoup de chaleur doit avoir une conductivit ( ) leve pour que la chaleur

puisse facilement pntrer, une chaleur spcifique (Cp) et une masse volumique () leves pour pouvoir accumuler le maximum de chaleur.Effusivit thermique des divers matriaux en fonction de leur masse volumique . SANT ET QUALIT DE LENVIRONNEMENT INTRIEUR DANS LES BTIMENTS. C-A ROULET

La diffusivit thermique exprime la profondeur laquelle la chaleur a un effet aprs une priode de temps donne. Page 5 sur 42

O

est la masse volumique des matriaux (kg/m3)t est un temps caractristique en secondes. Df indique la profondeur de pntration.

est la conductivit thermique des matriaux (W/K.m)

Cp est la chaleur spcifique des matriaux (J/K.kg)

Exemple : il gle pendant 3 mois en hiver ; la profondeur de gel dans le btiment est :

La capacit thermique dun matriau de construction peut tre profondment modifie par le revtement qui le recouvre, dont la masse peut tre ngligeable, mais qui prsente une rsistance thermique leve.

Effet de revtement ou de la rsistance superficielle sur la capacit thermique apparente SANT ET QUALIT DE LENVIRONNEMENT INTRIEUR DANS LES BTIMENTS. C-A ROULET.

Linertie thermique dune paroi est dfinie par sa constante de temps. La constante de temps t dune paroi est la dure qui lui est ncessaire pour passer dun tat stable un autre sous leffet dun changement instantan de la temprature (rgime transitoire). Ce temps de raction est proportionnel au carr de lpaisseur et inversement proportionnel la diffusivit

O : e est lpaisseur de la paroi et Df est la diffusivit La constante de temps caractrise linertie thermique intrieure de lespace chauff. Cest la puissance fournir pour maintenir un degr de diffrence de temprature entre lintrieur et lextrieur. Page 6 sur 42

Quelques constantes de temps caractristiques pour la pice du tableau 5.12., une faade extrieure, aration 30 m / h. SANT ET QUALIT DE LENVIRONNEMENT INTRIEUR DANS LES BTIMENTS. C-A ROULET.

3

La mthode CAMIALa mthode CAMIA permet de calculer lamortissement et le dphasage. La constante de temps relative permet de caractriser le comportement de la paroi. Cette constante est le rapport de la constante de temps sur la priode de la sinusode (24 heures). Cette valeur est sans dimension, puisquelle reprsente le quotient de deux temps, le temps de rponse de la paroi, et la dure de la priode de londe thermique extrieure. Si le temps de rponse de la paroi est plus grand que la priode de londe de chaleur, cela signifie que la paroi offrira un dphasage et un amortissement importants, autrement dit quelle prsentera une inertie thermique. Le dphasage exprime la fraction de lamplitude Calcul La constante de temps relative Cr, le dphasage et le gain peuvent tre calculs partir des formules : Cr constante de temps relative = Rsistance x Capacit Priode de londe Rsistance R = e/ Capacit surfacique = Cp x eO e = paisseur de la paroi (mtres) = conductivit thermique (W/m3.K) Cp = chaleur spcifique (W/K.kg) Constante de temps : Constante de temps relative : Dphasage :(en radians) : Gain : de londe extrieure qui est finalement transmise lintrieur du local.

Le gain reprsente une fraction de lamplitude de londe thermique extrieure. Le dphasage est exprim en radians. Pour obtenir sa valeur en heures, il faut multiplier le rsultat par 24 / 2. Ces formules ne sont valables que pour des parois homognes et pour des valeurs de constante de temps suprieures 1. Page 7 sur 42

Le gain et le dphasage caractrisent une paroi lorsque celle-ci est soumise un rgime thermique de forme sinusodale.

3.

PARAMETRES DU CONFORT THERMIQUELes besoinsDun point de vue physiologique, ltre humain prouve une sensation de confort thermique lorsque les conditions climatiques environnantes permettent au corps dliminer la chaleur produite au rythme de son mtabolisme, sans pour cela transpirer ou frissonner dune manire dsagrable. Lnergie ncessaire laccomplissement des fonctions vitales de lhomme en activit est de 20kcal/heure environ. Le corps humain est une machine thermique dont le rendement thermodynamique est de 20%, ce qui signifie quil produit et vacue 5 fois la quantit de chaleur qui lui est ncessaire. Un tre humain doit donc vacuer environ 100 kcal par heure. Cette chaleur, dissipe dans lespace intrieur se dgage de 3 faons: par vaporation, par condensation et par rayonnement. Les exigences du confort ne sont pas atteintes par une simple rgulation de la temprature de lair intrieur. Le confort thermique dpend de nombreux facteurs: Des facteurs lis lindividu:

Ses vtements, Son activit, Son tat physique, Son tat psychologique Temprature de lair Temprature des parois Vitesse de lair Taux dhumidit relative de lair ambiant

Des facteurs lis lenvironnement immdiat:

La zone est tablie ici pour diverses vitesses dair, pour un sujet au repos ou en lgre activit, en tenue dt. ARCHI BIO J.L IZARD. Zone de confort thermique selon VOGT et MILLER-CHAGAS

La perception de la chaleurLa temprature rellement ressentie, dite temprature oprative, est la moyenne pondre de la temprature de lair Ta et de la temprature radiante Tr. Page 8 sur 42

Top = a.Ta + (1- a.Tr) a= 0.5 + 0.25 V V est la vitesse relative de lair. Cette valeur ne permet pas elle seule dterminer un niveau de confort. Lorsque la diffrence de temprature entre les diffrentes parois est trop importante (parois chaudes / parois froides), on prouve une sensation dinconfort. De la mme faon, dans une pice, un gradient de temprature lev (importante diffrence de temprature entre les parois et la pice) gnre une sensation dsagrable. Dans le cas dun btiment forte inertie thermique, et condition que linertie soit globalement rpartie, le gradient de temprature dans le local sera faible, la temprature sera homogne et quilibre. Le sentiment de confort sera donc atteint pour une temprature de lair intrieur relativement faible. Pour 90% des personnes, la temprature acceptable dans un espace intrieur se situe par temps froid entre 17 et 22, et par canicule entre 25,5 et 35,5. Dans un climat doux (temprature dair extrieur entre 8 et 32), la temprature idale est de 2,5 par rapport la temprature extrieure, ce qui est une valeur assez facile atteindre en priode estivale par la simple utilisation de linertie thermique et de la ventilation nocturne.

volution des tempratures dans des btiments au cours de lanne, en absence de chauffage ou de climatisation. SANT ET QUALIT DE LENVIRONNEMENT INTRIEUR DANS LES BTIMENTS. C-A ROULET

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Linertie dans le confort dt et dhiverLinertie thermique dun btiment est sa capacit stocker et de restituer des quantits importantes dnergie dans sa structure. La proprit des btiments forte inertie est de conserver une temprature stable. La structure de la construction mettra plus de temps schauffer ou se refroidir lentement, alors que les constructions faible inertie suivent sans amortissement ni retard de fluctuations de la temprature. Lutilisation de linertie dans les climats fortes amplitudes thermiques contribue trs largement au confort thermique des btiments, elle joue un rle damortisseur sur les variations de temprature et contribue la stabilit de celles-ci.

Linertie dans le confort dt

La forte inertie est un atout pour le confort dt. Linertie thermique de la construction fait partie des lments pris en compte les mesures passives du confort thermique dt. Dune rgion lautre, selon la zone climatique dt dans laquelle est implante lopration, il faut savoir que les dispositions constructives mettre en uvre dans la rgion la plus chaude, ne se traduit pas par simple ajout doccultation extrieure. En effet, le bti est lui mme concern (inertie de la construction), (voire certains quipements lourd (ventilation), ce qui encourage de prendre en considration cette exigence pour le confort dt. Lt, les parois forte inertie emmagasinent la fracheur de la nuit et la restituent pendant la journe, faisant tampon aux chaleurs excessives. En mme temps en journe, les apports internes de chaleur sont rapidement absorbs, ce qui permet de rguler les tempratures intrieures. Il est important de souligner quune forte inertie ne suffit pas. Les locaux de moyenne forte inertie doivent tre imprativement ventils la nuit pour vacuer la chaleur stocke en journe. Le rle de loccupant ou de la domotique, est donc primordial pour tablir un quilibre dun jour lautre afin de maintenir une temprature proche du confort.

Les deux priodes du refroidissement passif. gauche, priode de refroidissement, droite priode de protection. SANT ET QUALIT DE LENVIRONNEMENT INTRIEUR DANS LES BTIMENTS. C-A ROULET

Temprature au cours de la journe baptise canicule du sicle par les mdias. O. SIDLER. Forte inertie (Drme)

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Linertie dans le confort dhiver

Linertie permet une bonne gestion de la chaleur en hiver. Lhiver, cette capacit stocker permet de profiter des apports solaires de la journe et des apports gratuits, en protgeant du refroidissement la nuit. En parallle si on arrte de chauffer un local dinertie moyenne ou en labsence momentane dapports solaires directs, les parois vont rapidement prendre le relais. Cela permet de rguler la puissance de chauffe appele et de diminuer la puissance installe. Linertie dun btiment, en contribuant attnuer les fluctuations de temprature brutale dans les locaux, est une source de confort : elle vite les surchauffes et les chutes trop brutales de temprature. En vitant les surchauffes, linertie limite les pertes de chaleur. Cest donc un facteur conomie dnergie en hiver pour les locaux occupation continue En contrepartie, dans les locaux occupation intermittente comme les salles de classe ou les bureaux, la gestion du chauffage doit prendre en compte le comportement des parois pour anticiper la mise en route ou larrt du chauffage en fonction de loccupation des locaux.

4. ISOLATION ET INERTIECes deux notions sont parfois opposes: une isolation intrieure applique sur une paroi rduit en grande partie linertie de ce mur. Pourtant, les deux techniques doivent tre utilises conjointement pour optimiser le rendement des btiments; lisolation place a lextrieur limite le passage des flux de chaleur, linertie rgule les apports gratuits. Lisolation, cest la technique du thermos, on place une barrire isolante entre deux milieux de temprature diffrente. Cette barrire va limiter le passage de la chaleur. Linertie thermique, cest le stockage des calories dans la masse des matriaux. Ces calories vont tre relches lentement dans latmosphre et vont contribuer stabiliser la temprature du local. La conductivit thermique des matriaux de structure est environ 25 fois plus leve que celle des matriaux isolants: en hiver, malgr les gains de chaleur par inertie, les dperditions sont nettement plus leves dans les structures forte inertie non isoles que dans les structures lgres faible inertie, mais bien isoles.

Linertie ne remplace pas lisolationDe nombreuses simulations ont t effectues pour vrifier le comportement des isolations. Le laboratoire de lUnderground Space Center Minneapolis spcialis dans ltude des btiments enterrs, a dmontr quil faut une couverture de 2,75m de terre pour obtenir des performances quivalentes celles dune structure bien isole. Les tests ont t raliss sur une anne entire pour 2 toits, lun recouvert de 3m de terre, lautre de 46cm de terre et de 10cm disolation.

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Plusieurs configurations de toit ont t testes pour vrifier le rle de la couverture de terre et limportance de lisolation. Les reprsentations sinusodales de temprature permettent de prvoir les pertes dnergie sur une priode de variation rgulire de temprature. Dans la ralit, les tempratures journalires fluctuent intervalles alatoires en-dessous et endessus de cette moyenne. Pour tudier le phnomne, une variation de ce type a t reconstitue sur 2 structures de toit ayant la mme valeur de rsistance R (4.35 m2K/W), donc un comportement identique en rgime rgulier. Le toit A est constitu dune dalle de bton prcontraint de 20cm dpaisseur et dune isolation de 12cm, tandis que le toit B ne possde que 10cm disolation mais est recouvert de 46cm de terre. Le toit A, nayant pas de masse thermique, rpond immdiatement au changement extrieur et atteint en 2 jours son quota maximal de perte. Lorsque la temprature redevient normale, le toit revient son niveau opratif au bout de 2 jours. Le toit B rsiste une journe entire avant que ces pertes calorifiques commencent augmenter doucement. Aprs 5 jours, lorsque les tempratures extrieures reviennent la normale, les pertes continuent encore augmenter, mais nont atteint que 77% des pertes du toit A. Le toit B mettra encore une journe avant de revenir aux conditions normales. La consommation nergtique du toit B sera finalement infrieure de 8% celle du toit A. Pour 2 structures quivalentes en rgime thermique rgulier, la structure massive aura une plus grande stabilit lors de brusques variations. On aura donc intrt avoir le plus de terre possible. La limite sera fixe par la charge supportable par la structure. Le toit C avec 5cm disolation en plus que le toit B, permet des conomies (pour les donnes climatiques de Minneapolis) de 6,67 kWh/m3 en hiver et de 0,29 kWh/m3 en t.

Leffet de paroi froide ou de paroi chaudeUne paroi dont la temprature est plus froide que celle de lair intrieur provoque une sensation de froid. Il est donc ncessaire de maintenir une quantit suffisante de chaleur dans la paroi, et pour cela disoler celle-ci. On peut galement jouer sur leffusivit thermique des matriaux. Leffusivit thermique E des matriaux, parfois dnomme chaleur subjective, reprsente la rapidit avec laquelle la temprature superficielle dun matriau se rchauffe. Le coefficient E indique combien de kilojoules ont pntr sur 1 m2 de surface de matriau, une seconde aprs un contact avec une matire dont la temprature est plus leve de 1C.

Plus le coefficient E est bas, plus le matriau se rchauffe vite. Les matriaux dont le coefficient E est infrieur ou gal 0,33 kJ/m2.s1/2.K produisent un effet de chaleur. Le lige par exemple a un coefficient de 0,14 kJ/m2.s1/2.K, le bois de 0,56 kJ/m2.s1/2.K, le bton en revanche a un coefficient de 2 kJ/m2.s1/2.K. Bien que ce facteur ne soit pas pris en compte dans les calculs thermiques, il est ais de comprendre que le bois sera plus adapt au confort dhiver, et le bton plus intressant pour le confort dt. Les matriaux isolants ont un coefficient E faible et ont une bonne chaleur subjective, les matriaux dots dun bon volant thermique ont un coefficient E lev. Page 12 sur 42

Dans certains cas, il pourra tre intressant de disposer un matriau mince faible coefficient E devant une paroi forte inertie (E lev). Cette solution a lavantage de supprimer parfois leffet de paroi froide, mais a contrario elle diminue de faon importante la capacit de stockage des calories dans la paroi froide et donc leffet de rgulation de linertie.

5. LES LIMITES DE LINERTIE THERMIQUELimites lies au climatDans les climats chauds et humides, linertie thermique est rejeter totalement. Il est indispensable dans ce type de climat dutiliser des solutions trs faible inertie, trs ventils, raliss avec des matriaux trs faible coefficient deffusivit. Lintrt de linertie thermique se limite certaines zones gographiques, de prfrence dans des climats rigoureux, soit trs chauds et secs, soit froids et secs.

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Dans les climats temprs, il faut complter linertie thermique avec la ventilation pour viter les phnomnes dhumidit intempestive et la rserver des sites occups en permanence ou selon un mode rgulier.

Limites lies loccupationDans le cas dune occupation permanente, linertie thermique prsente gnralement un avantage prpondrant. En revanche, dans le cas o les locaux sont occups de manire intermittente, une forte inertie thermique nest pas adapte. Le temps de mise en temprature de la masse du btiment peut savrer trop importante et la consommation nergtique peut tre considrable pour une occupation de courte dure. En fait, tout dpendra du mode doccupation du btiment. Si celui-ci est occup de faon intermittente mais pour des dures relativement importantes, le gain par linertie peut tre intressant, mais il sagit quasiment dune occupation permanente. Si le btiment est occup en un mode rgulier, occupation / inoccupation selon une frquence courte (jour / nuit par exemple), une trs forte inertie thermique peut savrer avantageuse, la structure tant en rgime stable, les pertes diurnes trs faibles et il faut alors peu dnergie pour maintenir le systme.

Une inertie moyenne est par contre totalement inadapte. Lorsque le btiment est utilis occasionnellement ou de faon irrgulire, une inertie thermique moyenne ou forte est proscrire. Il faut privilgier dans ce cas des solutions lgres.

Limites lies aux surchauffesLa conception des btiments forte inertie doit tre ralise avec des systmes de protection solaire efficaces en t pour viter les surchauffes par la mise en charge de la masse des structures. Des dispositifs de ventilation nocturne doivent galement tre mis en uvre pour dstocker la nuit les calories stockes durant la journe. Ces dispositifs sont indispensables pour assurer un confort thermique dans les locaux.

Limites lies lhumiditLhumidit de lair est dfinie par la notion dhumidit relative, rapport exprim en pourcentage de la teneur existante en vapeur deau pour une temprature donne, par rapport la capacit maximale de vapeur deau possible pour cette mme temprature. Le taux dhumidit relative doit tre compris entre 35% et 75% pour un confort correct. Pendant lt, le taux dhumidit relative de lair extrieur est lev (la valeur moyenne pour le Vaucluse est de 65%). Lhumidit supplmentaire provenant de loccupation (douche, lavage, cuisine, respiration, transpiration) augmente encore le taux dhumidit relative de lair lintrieur de la maison. Linertie thermique produit un effet de rafrachissement qui augmente lui aussi cette humidit relative. Le seuil de 75% pourrait tre dpass et il y a des risques de condensation sur les murs. Les points de rose pour le Vaucluse en t sont donns par le tableau suivant. On suppose que la temprature lintrieur ne dpassera pas 25C.

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juinTempratures moyennes mensuelles Tempratures maximales supposes lintrieur de lhabitation Maximum et minimum des taux dhumidit relative Points de rose 19,8C

juillet22,5C

aot21,9C

sept.18,9C

22C

25C

25C

22C

43%-87% 9C-14C

39%-84% 11C-17C

40%-87% 11C-17C

48%-92% 10C-15C

La priode critique se situe en juillet et en aot. En Vaucluse, il est peu probable que ces condensations apparaissent sur le mur, car il faudrait que la temprature du mur soit en-dessous de 17C pour provoquer un dpt deau. De plus, au contact du mur se dveloppe un film laminaire. Ce film est caractris par le coefficient h de transmission superficielle qui tend augmenter la temprature superficielle du mur. Thse Frdric Chabert Dans certaines rgions, il peut y avoir un risque de condensation. Dans ce cas, pour viter tout problme dhumidit, des dispositions devraient tre prises pour, soit augmenter la temprature des murs, soit dshumidifier lair. Laugmentation de la temprature des murs peut tre ralise trs facilement, en ajoutant un revtement faible coefficient deffusivit sur la face interne de la structure. Des chemines de ventilation peuvent tre galement utilises pour apporter le renouvellement dair ncessaire, de petits dispositifs de condensation ou de dshydratation de la vapeur deau de lair aspir seraient une rponse conomique ce problme.

6.

HYPER INERTIE, LARCHITECTURE ENTERREELa recherche d'un abri l'intrieur de la terre est certainement la forme la plus ancienne de l'habitat humain. Des dserts arides aux rgions polaires, les grottes offrent un refuge contre les radiations solaires, les vents, les orages et les variations climatiques. Les communauts troglodytiques se sont particulirement dveloppes dans les zones de climat continental froid (Chine mridionale), dans les rgions semi-arides (plateaux du sud-ouest des tats-Unis et du Mexique), et surtout dans les pays mditerranens. Que ce soit dans les environs de Matmata en Tunisie ou de Marrakech au Maroc, en amont d'Assouan en gypte, dans les falaises d'Urgp en Turquie, dans la Basilicata en Italie, en Aragon en Espagne ou dans le sud de la France, c'est autour du bassin mditerranen que l'on trouve la plus forte concentration de troglodytes.

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Si les hommes ont choisi ce mode d'habitat pour des raisons d'ordre culturel, stratgique ou technique (absence de bois), les communauts troglodytiques ne se sont maintenues que dans les pays o cette architecture rpondait aux contraintes du climat. Lhabitat enterr nest pas uniquement le fait des opportunits dun site. En effet, sil sest dvelopp le plus souvent sur des parois abruptes et ensoleilles, dans bien dautres cas le site ne se prtait pas particulirement de tels amnagements: les hommes ont choisi de creuser des cours de service. Le principal intrt que prsente un btiment hyper inertie, cest bien videmment sa faible demande nergtique due la rduction des changes thermiques entre lextrieur et lintrieur. Les pertes et les gains de chaleur dpendent essentiellement de 2 facteurs: la transmission de chaleur travers lenveloppe, la charge de ventilation ncessaire. Dans les habitations conventionnelles, la charge de ventilation correspond aux infiltrations de lair par les portes, les fentres, etc. Les transmissions dpendent du flux de chaleur travers lenveloppe, qui est li lisolation et la diffrence de temprature entre lintrieur et lextrieur de la structure. Un habitat enterr ne rpond pas aux mmes conditions: sous terre les tempratures sont beaucoup plus stables et les infiltrations dair sont rduites. Une localisation souterraine permet donc : De diffrer et damortir les variations climatiques saisonnires. De modrer les variations climatiques journalires. De bnficier de leffet de masse thermique de la terre environnante (rgulation des

tempratures intrieures et rcupration des chaleurs gratuites.) Dliminer les pertes dues leffet de lchage du vent. De diminuer les infiltrations indsirables de lair. En contrepartie, deux types de problmes peuvent se prsenter: La ventilation naturelle peut tre insuffisante sans dispositions particulires. Il y a risque de condensation de lhumidit de lair sur les murs intrieurs (temprature du mur infrieure au point de rose de la temprature de lair).

La temprature du sous-solPour comprendre leffet de lhyper inertie due au sous-sol, il nous faut tudier de quelle faon stablissent les tempratures dans les couches de la terre. Le sol est soumis deux types de variations climatiques: les variations journalires et les variations saisonnires. Les variations journalires de la temprature de lair sont quasiment ngligeables. LUnderground Space Center de Minneapolis, qui a consacr de nombreuses recherches aux btiments semi-enterrs, a publi une tude qui dmontre que les variations journalires sont limines de faibles profondeurs.

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Le graphique prsente des tempratures releves les 8 et 9 janvier 1978 Minneapolis. Dans latmosphre, les tempratures minimales de lair sont de10C le 8 janvier, et de 6C le 9. Pour ces mmes journes, les tempratures maximales sont respectivement de 2C et +6C. Si les variations de la temprature de lair sont importantes (16C), en revanche dans le sol la temprature reste constante 20 cm de profondeur autour de 0C. cette profondeur, les variations climatiques journalires nont plus dinfluence sur la temprature du sol. La temprature du sol ne dpend que des variations climatiques annuelles. Sur une anne, la temprature de lair peut sensiblement se transcrire sous une forme sinusodale. Le graphique reprsente les variations de temprature dans le Vaucluse.

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La courbe bleue correspond la temprature moyenne de lair. Sont galement indiques partiellement les courbes des tempratures minimales et maximales de lair pour les mois les plus froids et pour les mois les plus chauds. Les autres courbes indiquent les tempratures dans le sol calcules diffrentes profondeurs.

On constate que lamplitude des fluctuations dcrot avec la profondeur. 6 ou 7 mtres sous terre, la temprature se stabilise autour de la moyenne annuelle des tempratures de lair, 15 ou 16C. des profondeurs moins importantes, on remarque un dphasage des minima et des maxima. Ce dphasage saccroit avec la profondeur. En juillet, 2 mtres de profondeur, la temprature du sol est de 16 / 17C, alors que les tempratures maximales de lair sont de 30C.

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On conoit ainsi aisment le rle de climatisation naturelle de la terre. Chacun a dailleurs pu en faire physiquement lexprience en visitant une grotte en priode estivale. des profondeurs moins importantes, on retrouve le mme phnomne damortissement et de dphasage des tempratures, mais de manire moins sensible. Le graphique prsente les tempratures releves Marignane en 1976, 50 cm de profondeur. On retrouve en bleu les courbes de temprature de lair moyenne, minimale et maximale. Les tempratures du sol ont t releves une profondeur de 50 cm, ce qui reprsente lpaisseur des toitures jardins traditionnelles. On constate un dcalage des tempratures dun mois environ 50 cm avec un amortissement important. Ainsi en juillet, alors que la temprature extrieure atteint 27C, la temprature du sol ne dpasse pas les 22/23C. Lcart de temprature de 4 5C reprsente en effet un rafrachissement non ngligeable. Inversement, en hiver, on note une temprature minimale extrieure de 3C alors que la temprature du sol ne descend pas au-dessous de 7C.

Linfluence du btiment sur son environnement thermiqueLes graphiques prcdents analysent les tempratures du sol dans des conditions naturelles. Dans le cas dun btiment semi-enterr, le btiment lui-mme a une influence sur les couches de terre environnantes. Dans le cas dun btiment en surface, les calories qui schappent du local sont immdiatement dissipes dans latmosphre. En revanche, avec un btiment semi-enterr, les calories migrent dans les couches de terre et lvent leur temprature. Petit petit, il va se crer un rservoir de chaleur autour du logement qui va sopposer toute variation climatique brutale.THSE F.C. HABITAT ENTERRE. Pertes de chaleur.

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THSE F.C. HABITAT ENTERRE. Lignes des flux de chaleur.

Le role de la vgtation dans le confort thermiqueLe graphique reprsente des mesures de temprature ralises par M. De Villle de lINRA de Montfavet sous un sol nu et sous un sol gazonn 50 cm et 1 mtre de profondeur.

ATELIER CONFORT DT. Influence de la vgtation sur la temprature du sol.

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On constate :

Que linfluence de la vgtation dcrot avec la profondeur. Que cette influence est plus importante en t quen hiver.

Au mois de juillet, 50 cm, la temprature sous un sol gazonn est de 21C alors quelle atteint 24C sous un sol nu. Cela reprsente 3C dcart, ce qui est trs important en termes de confort. ces donnes brutes, il faut ajouter que lutilisation mme de la terrasse va galement amliorer le confort dt, par larrosage et leffet dombrage des arbres ou arbustes. Larrosage du jardin va provoquer une vaporation qui va dissiper les calories emmagasines dans le sol. Les essences plantes auront galement une influence plus ou moins grande, selon la taille des vgtaux et leur capacit dombrage et dvapotranspiration.

LISOLATION DES MURSDes calculs de lUnderground Space Center, pour comparer diffrentes configurations disolation sur les murs, ont t raliss pour une maison de 14m x 2,50m et nincluent pas les effets des percements. Trois cas disolation ont t tests:

Les murs A et B

Le mur A, entirement isol, permet effectivement de limiter les pertes hivernales, mais lhabitation totalement isole du sol ne bnficie plus des avantages que procure la masse thermique environnante. Le mur B nest isol que dans la partie suprieure. La zone isole correspond aux couches de sol dont les tempratures varient encore avec les fluctuations climatiques. La partie infrieure du mur est soumise un environnement plus modr et nest pas isole.

Le mur C

Pour le mur C, lisolation a t tendue au-del du mur avec une retombe verticale parallle au mur. Ce schma demande un surplus disolation, mais permet une augmentation conomique de la masse thermique du btiment dans la zone critique. 20 cm de terre entre le mur et lisolant permettent une conomie de 5% pendant lhiver et une amlioration du rafrachissement dt de 9% par rapport au mur B. En fait, le sol contenu entre le mur et lisolation tend se rapprocher de la temprature oprante du btiment, et contribue maintenir ce niveau par sa masse thermique.

7. LA BONNE INERTIEDterminer linertie optimaleLa dtermination de limportance de linertie dpend de lutilisation du btiment. Pour un habitat utilis en mode continu, il est incontestable quune inertie leve est souhaitable, tant pour le confort dt et dhiver que pour limiter la consommation nergtique. Pour un btiment utilis de faon intermittente, la question peut tre pose. Page 21 sur 42

Du point de vue du confort dt et dhiver, une forte inertie est souvent prfrable. Sur le plan nergtique, il est incontestable que les consommations sont suprieures celle dun btiment faible inertie. Des calculs ou des mesures de consommation seraient cependant effectuer pour dterminer exactement la surconsommation. Les simulations effectues sur le logiciel Mini-Pliade indiquent que les consommations sont extrmement faibles dans le cas de lhyper inertie sans isolation. Reste le fait que sil y a une faible surconsommation partir dune nergie renouvelable et alors que le confort est suprieur, nest-il pas alors souhaitable alors de prfrer un btiment forte inertie thermique, mme dans le cas dune utilisation priodique. Dans tous les cas, pour stabiliser le climat intrieur partir des gains solaires passifs, et pour faciliter une climatisation passive, il faut une inertie thermique leve sauf dans le cas de locaux occups uniquement la nuit, pour lesquels une faible inertie peut tre avantageuse pour permettre un abaissement rapide de la temprature.

Rgles constructives pour linertie thermiquePour favoriser linertie thermique, il faut : Utiliser des matriaux denses (bton, maonnerie) de forte paisseur (minimum 10cm) pour toutes les parois Limiter au maximum les surfaces recouvertes de matriaux isolants (plafonds suspendus, moquette, lambris, tapisseries). Pour des questions dacoustique, il est parfois ncessaire dutiliser des matriaux absorbants. Une solution de compromis consiste laisser apparente au moins 50% de la structure massive. Disposer lisolation lextrieur de la structure. Il importe en effet que la masse intrieure de la paroi ne soit pas soumise aux variations extrieures. Rpartir la capacit de stockage sur toutes les surfaces de la structure. Ce qui importe cest la masse par m2 de surface en contact avec lair intrieur pour favoriser les changes thermiques.

surface gale, la forme architecturale peut avoir pour effet daugmenter ou de rduire linertie thermique utile. Un btiment sur 2 niveaux aura une inertie utile plus importante quun btiment en rez-de-chausse de par la masse du plancher de ltage.

8. LA PRISE EN COMPTE DE LINERTIE THERMIQUELinertie thermique est prise en compte dans la rglementation thermique depuis 1982. Avec lapplication de la rglementation thermique RT 2000, linertie est prise en compte dans le calcul du taux de rcupration des apports gratuits partir dune dclaration de loprateur sur le niveau dinertie (faible, moyenne, forte, trs forte): plus linertie est importante, plus le btiment est capable de rcuprer les apports rcuprables. Pour des calculs plus prcis, il nexiste pas de mthode simple. Il faut pour chaque projet, faire des simulations thermodynamiques lourdes, effectus avec des logiciels type Pliade, dans lequel tout doit tre dcrit avec beaucoup de minutie pour obtenir un rsultat significatif.

Linertie dans la RT 2000On distingue 3 types dinertie:

Linertie horaire (priode 1h):

Elle caractrise leffet de lintermittence du chauffage ou de la climatisation sur la variation de temprature intrieure. Elle agit sur les dures effectives des priodes dintermittence. Page 22 sur 42

linertie quotidienne (priode 24h):

Elle caractrise lamortissement de londe quotidienne de temprature, densoleillement en saison chaude et le taux de rcupration des apports de chaleur en hiver. Elle permet lutilisation des apports de chaleur journaliers (priode 24h) quils soient internes, solaires ou de pertes rcuprables des systmes.

linertie squentielle (priode 12 jours):

Elle caractrise lamortissement de londe squentielle de temprature en saison chaude. Dans la Rglementation Thermique (RT2000), linertie thermique (quotidienne) ou classe d'inertie est dtermine par la somme des points dinertie des diffrentes composantes du btiment (murs, planchers, cloisons) et du mobilier. Les points dinertie caractrisent lamplitude du flux thermique par m2 de plancher pour une variation intrieure de temprature de 1C. Ils sont exprims en W/m2.K. La classe d'inertie est dtermine partir de ses lments constructifs. Exemple : TYPE DE PAROI Plancher bas Plancher bas Plancher haut Plancher haut On distingue 5 classes dinertie: Classe d'inertie total des points d'inertie Trs lgre (tl) 6 Lgre (l) Moyenne (ml) Lourde (L) Trs lourde (TL) 19 26 DESCRIPTIF Plancher bton plein > 15cm sans isolant Plancher bois Plancher bton plein de plus de 15cm sans isolant Plancher bois POINTS D'INERTIE THERMIQUE 6 3 6 1

7/8

9 12

13 18

La dtermination de la classe dinertie dun logement (ou dune partie de logement, dans le cas ventuel dun duplex ou dune maison individuelle plusieurs niveaux) peut galement se faire de manire forfaitaire par application du tableau classe dinertie ci-aprs:

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PLANCHER BASLOURD

PLANCHER HAUTLOURD LOURD

PAROI VERTICALELOURDE LOURDE LOURDE

CLASSE D'INERTIE TRS LOURDE LOURD LOURDE LOURDE

LOURD LOURD LOURD

LOURDE LOURD LOURD LOURD

MOYENNE MOYENNE MOYENNE TRS LGRE

En utilisant les dfinitions suivantes:

Plancher haut lourd: Plancher sous toiture (terrasse, combles perdus, rampant lourd): bton plein de plus de Sous face de plancher intermdiaire: Bton plein de + de 15cm sans isolant et sans faux plafond Tout plancher ayant 5 points dinertie ou plus pour sa face intrieure

8cm isol par lextrieur et sans faux plafond.

Plancher bas lourd:

Bton plein de plus de 15cm Chape ou dalle de bton de 4cm ou plus sur entrevous lourds (bton, terre cuite), sur bton cellulaire arm ou sur dalles alvoles en bton. Plancher bas avec isolant thermique en sous- face avec un revtement sans effet thermique: Bton plein de plus de 10cm dpaisseur Chape ou dalle de bton de 4cm ou plus sur entrevous lourds (bton, terre cuite), sur bton cellulaire arm ou sur dalles alvoles en bton Dalle de bton de 5cm ou plus sur entrevous en matriau isolant Plancher ayant 5 points dinertie ou plus pour sa face intrieure

Paroi verticale lourde

Un niveau de btiment possde une paroi verticale lourde si elle remplit lune ou lautre des conditions suivantes: Lorsque la surface de mur est au moins gale 0,9 fois la surface de plancher (maisons individuelles), murs de faade et pignons isols par lextrieur avec lintrieur: # du bton plein (banch, bloc, prfabriqu) de 7cm ou plus # des blocs dagglos de bton de 11cm ou plus # des blocs perfors en bton de 10cm ou plus # des blocs creux en bton de 11cm ou plus # des briques pleines ou perfores de 10,5cm ou plus Murs extrieurs isolation rpartie de 30cm minimum, avec un cloisonnement ralis en blocs de bton, en briques pltrires enduites ou en carreaux de pltre de 5cm minimum ou en bton cellulaire de 7 cm minimum

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Ensemble de doublage intrieur des murs extrieurs et de cloisonnement de 5cm minimum ralis en blocs de bton, en briques enduites ou en carreaux de pltre Lorsque la taille moyenne des locaux est infrieure 30m2 (btiments dhabitation, bureaux): murs cloisonnement intrieur lourd raliss en # Bton plein de 7cm minimum # Blocs de bton creux ou perfors de 10cm minimum # Briques pleines ou perfores de 10,5cm minimum # Autres briques de 15cm minimum avec enduit pltre sur chaque face Ensemble de murs faade et pignon et de cloisons ayant au total 7 points dinertie ou plus

La classe dinertie dun btiment ou dune zone thermique comportant plusieurs niveaux est celle du niveau le plus dfavoris (le plus souvent le dernier niveau).

Dtermination des classes dinertiePour quun btiment soit conforme la RT 2000, il faut que 3 exigences soient respectes: La conservation globale dnergie du btiment exprime par le coefficient C doit tre infrieure ou gale un coefficient C de rfrence Pour le confort dt, la temprature intrieure des btiments non climatiss (Tic) doit tre infrieure ou gale une temprature intrieure de rfrence Les caractristiques de lisolation thermique des parois opaques et de celles des baies doivent tre identiques ou suprieures aux exigences minimales dfinies par la rglementation

Pour la dtermination des classes dinertie quotidienne et squentielle selon les rgles Th-I, on peut recourir lune des trois mthodes:

La mthode forfaitaire: rgles Th-I 2 pour linertie quotidienne et annexe-2 1 pour linertie squentielle# #

La mthode par points dinertie: rgles Th-I 3 pour linertie quotidienne et annexe-2 2 pour linertie squentielle La mthode par calcul: rgles Th-I annexe-1 pour linertie quotidienne et annexe-2 3 pour linertie squentielle

Pour le calcul de C (rgles Th-C):

Linertie quotidienne du btiment est une donne relative lensemble du btiment, la classe dinertie est celle du niveau le plus dfavoris (un niveau est plus dfavoris si son inertie est plus faible). Linertie dun btiment est la mme pour le calcul du projet et sa rfrence; par dfaut, on considre quun btiment a une classe dinertie moyenne.

Pour le calcul de la temprature intrieure du btiment (Tic) (rgles Th-E) deux possibilits sont offertes: Faire un calcul de Tic pour lensemble du btiment, dans ce cas la classe dinertie quotidienne et la classe dinertie squentielle sont celles du niveau le plus dfavoris Faire un calcul de Tic par zone, dans ce cas pour chaque zone il faut entrer sa classe dinertie quotidienne et sa classe dinertie squentielle ( dterminer selon les rgles Th-I)

Simulation thermodynamique sur mini-pleadeLes logiciels de simulation thermodynamique permettent danalyser le comportement thermique des btiments. Page 25 sur 42

Il nous a sembl intressant de tester quatre cas trs simples, en faisant varier la masse du bti afin de vrifier le rle de linertie pour:

Dune part, lvolution de la temprature intrieure. Dautre part, limpact sur les consommations nergtiques.

Les rsultats dpendent cependant de la faon dont linertie est prise en compte dans le modle de calcul du logiciel. Les tests ont t raliss avec le logiciel simplifi Mini-Pliade, adapt pour ce type de simulation.Quatre cas ont t tests.

Les tests sont tudis pour la rgion dAvignon/Carpentras, en mode doccupation de type logement. Le local test est un btiment de 14 mtres de largeur par 10 mtres de profondeur, hauteur sous plafond 2,50m, avec une seule faade vitre oriente plein sud, de 2,20m de hauteur. Le btiment est considr en utilisant des volets de nuit en hiver et de volets de jour en t. (protection contre le froid, et protection solaire.) Le dallage au sol est directement pos sur terre-plein. Les fentres sont en bois avec vitrage isolant Argon 4.12.4.

Premier cas: btiment faible inertie

Il sagit dun btiment de construction la plus courante. Les murs sont en agglos de ciment de 20 cm avec isolation intrieure en polystyrne, paisseur 7cm.

La toiture est constitue dun toit terrasse en bton de 20 cm avec isolation type SIS 35B70 de 7 cm dpaisseur. On constate que les besoins de chauffage annuel sont de 1686 kWh, pour une temprature minimale de 19C, avec des tempratures maximales en t de 30C.

Deuxime cas: btiment forte inertie

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Les murs sont en bton lourd de 25 cm, avec isolation extrieure en laine de roche de 10cm. La toiture est en bton lourd de 20cm, avec isolation extrieure de 7cm + tanchit + protection en dalle calcaire de 4 cm. Les besoins en chauffage sont de 1188 kWh, pour une temprature minimale de 19C, avec des tempratures maximales en t de 28C.

Si on intgre une sur ventilation nocturne en t, on constate que la temprature maximale pour la semaine la plus chaude descend 25C.

Troisime cas: hyper inertie-btiment troglodytique

Il sagit dun btiment troglodytique hyper inertie. Les murs et la toiture sont considrs en calcaire de 10m dpaisseur. Les besoins en chauffage sont de 500 kWh. La temprature maximale pour la semaine la plus chaude est de 25C. Le mme test effectu avec un btiment non chauff, part les apports solaires de la baie sud, donne pour rsultat une temprature minimale pour la semaine la plus froide de 25C le jour et de 14C la nuit.

Quatrime cas: hyper inertie-btiment semienterr

Il sagit dun btiment semi-enterr hyper inertie. Les murs sont considrs en calcaire de 10m dpaisseur, la toiture est un plancher en bton avec isolation extrieure et couche de terre vgtale de 50 cm. Les besoins en chauffage sont de 548 kWh. La temprature maximale pour la semaine la plus chaude est de 27C.

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Si on intgre une sur ventilation nocturne, les rsultats ne changent pas: la temprature maximale descend de 1C, 26C.

Quelles conclusions ?

En supposant que le mode de calcul du logiciel intgre totalement tous les phnomnes de linertie, on peut dduire du test que: un btiment forte inertie une consommation denviron de 30% infrieure celle dun btiment de construction courante. La temprature durant la priode chaude, est plus leve dans un btiment forte inertie si lon ne fait pas appel une sur ventilation nocturne.

Les rsultats pour les btiments hyper inertie font apparatre que mme sans isolation, la consommation est de 70% infrieure celle dun btiment courant. Les apports solaires suffisent eux seul maintenir un confort acceptable. En revanche la sur ventilation nocturne une influence ngligeable dans le cas de lhyper inertie.

9. ILLUSTRATIONSMaison traditionnelle en provence

Dans larchitecture traditionnelle des bastides provenales, linertie est apporte par la masse des murs de maonnerie de forte paisseur (60 cm environ) et par le sol du rez-de-chausse directement en contact avec la terre. Dans ces rgions, qui peuvent tre trs chaudes durant lt, larchitecture locale a dvelopp une tradition de construction et dagencement intressante pour garder la fracheur pendant les mois de canicule: les murs pais en pierre, avec des petites ouvertures, limitent les surchauffes.

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De plus, lutilisation de vgtaux feuilles caduques permet de capter ou docculter le rayonnement solaire en fonction des besoins. Une treille ou un arbre feuilles caduques, par exemple, peuvent suffire protger la faade en t et recevoir le soleil en hiver.

Maison hosh de BethlemLa plupart des maisons de Bethlem sont construites en pierre. Matriau omniprsent, il couvre les murs, les votes, les sols et les toitures terrasses. Il est llment qui unifie tout, la simple comme la riche demeure. La maison prsente possde deux tages sarticulant autours dun hall central (le hosh). Dans cet exemple le hall central possde en son sous-sol un rservoir deau de pluie qui renforce la forte inertie thermique de la construction, ce qui permet, lors des grandes chaleurs, de conserver une certaine fracheur. Les toitures toit plat de ce type dhabitation possdent une inertie thermique considrable de par leur mode constructif: la vote en pierre est recouverte dune masse de terre argileuse qui contribue ltanchit de la toiture mais galement qui met en place un cran thermique efficace entre la surface de la toiture soumise au rayonnement solaire et lintrieur de lhabitation.

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Habitat en terreToutes sortes de btiments ont bnfici des qualits architecturales de la terre crue depuis lantiquit jusqu nos jours. Parmi les innombrables palais difis en tout ou partie avec ce matriau, on peut notamment citer le Palais des gouverneurs Mari en Msopotamie datant de 1990 avant notre re, le Palais du pharaon Amnophis IV Akhet-Aton prs de Thbes en 1400 avant notre re, le Palais du Dalai-Lama au Tibet , celui de lmir de Daura au Nigria et enfin le palais des gouverneurs Santa F aux tats Unis Mais la construction en terre nimplique en aucune faon des usages restrictifs des classes sociales particulires: dans les socits traditionnelles, tout le monde fait usage du mme matriau de base. Ainsi, sest dvelopp un savoir-faire, qui sest traduit par une grande varit de fonctions et de formes travers lesquelles sexpriment les spcifits culturelles des btisseurs. Dans les contres froides comme dans les rgions les plus chaudes, de la Scandinavie lquateur et jusquau sud de lAfrique, les constructions en terre se sont adaptes aux contraintes climatiques les plus diverses. Bien utilis, ce matriau offre un confort thermique apprci qui assure une rgulation naturelle et optimale entre les tempratures extrieures et intrieures. Matriau peu coteux, il sadapte parfaitement lenvironnement. La terre, une fois dbarrasse des impurets les plus importantes (cailloux,...) est mlange de leau, de la paille, et utilise ainsi pour la construction. La terre crue amortit les variations de temprature quelle que soit la saison. Il existe diverses techniques pour ldification des murs, les quatre principales tant le pis, ladobe (en brique ou en blocs), la terre paille, et le torchis.

Les toitures vgtalises

Maisons en Islande

Ces maisons traditionnelles du sud de lIslande ont non seulement une toiture engazonne, mais une partie des murs latraux est galement vgtalise. Outre les aspects environnementaux, un intrt de ces toitures est leur capacit rguler les dperditions thermiques et protger des intempries par linertie dveloppe par le vgtal et son substrat.

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Maison en Roumanie

Les toits en herbe se retrouvent galement dans les pays dEurope de lEst.

Cette habitation du sud de la Roumanie, semi enfouie dans le sol, bnficie dune bonne inertie thermique. Sa structure et ses amnagements intrieurs en bois, ainsi que sa faible volumtrie intrieure (hauteur sous plafond de 2,40m environ) lui confrent une grande facilit de chauffage, adapte au climat de ces rgions o la temprature peut descendre trs bas en hiver.

L'habitat troglodytiqueLhabitat troglodytique recouvre lensemble des abris humains situs dans le sol, quil soit le rsultat de lutilisation de cavits naturelles ou dune excavation volontaire. L'espace souterrain est certainement la forme la plus ancienne de l'habitat humain. Un sol tendre et peu humide est ncessaire au dveloppement de ce type dhabitat. La technique la plus simple consiste creuser horizontalement le flanc dune falaise, mais il existe aussi des habitats troglodytiques raliss en terrain plat, autour dune cour centrale (Matmata,Siwa,Chine mridionale mais aussi dans la rgion de Dou-la-Fontaine en France). Les raisons qui ont pu amener les hommes prfrer ce type dhabitation sont essentiellement techniques (absence de vgtaux et de bois de construction) ou climatiques (climat aride ou continental), parfois culturelles ou stratgiques. Les communauts troglodytiques ne se sont cependant maintenues que dans le pays o cette architecture rpondait aux contraintes du climat. Lhabitat enterr se caractrise par la disparition de faade expose lextrieur et par une augmentation considrable de linertie thermique de lenveloppe grce la prsence du sol lui-mme. Ainsi lamplitude de temprature journalire est totalement ignore, lamplitude annuelle des tempratures extrieures est la seule grandeur qui ait une influence sur le comportement de lambiance intrieure tout en en subissant un amortissement et un dphasage qui dpendent de limportance de la masse totale de matriaux mis en uvre.

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Les proprits thermiques dun tel habitat varient en fonction de la nature du sous sol plus ou moins isolant, selon son paisseur et en fonction de son exposition (ensoleillement flanc de colline, ombre quasi-permanente dans le cas de la maison-puits).

L'habitat troglodytique en FranceLhabitat troglodytique existe en France, sous des formes plus ou moins denses, dans plus de 50 dpartements. Dans le pays de Loire, il constitue une forme dhabitat courant. Les premiers troglodytes apparaissent vers la fin du nolithique et connaissent un grand dveloppement pendant les invasions normandes. Dans cette rgion, les demeures souterraines sont aussi bien celles du paysan que du chtelain ou du cur, elles font partie de lhistoire du terroir, elles se dveloppent en chteaux et glises pour le pass et en rsidences secondaires pour le prsent. On retrouve ces habitations aussi bien en terrain plat que dans les terrains en pente. Dans les terrains plats, les galeries, habitats et dpendances, creuss dans le tuffeau ou le falun (roche friable) se rpartissent autour dune cour. Laccs de la cour se fait par un chemin en pente douce. Les salles souvent profondes sont soit circulaires soit rectangulaires, et leur vote est dune seule porte. Lhabitat flanc de coteau est rparti le long de la valle, mi-colline, en bordure de la Loire ou de ses affluents. Les logements possdent plusieurs niveaux, auquel on accde par un escalier intrieur ou extrieur. Les faades sont plus dcores, car elles correspondent un habitat bourgeois

MAISON AMBOISECette habitation unifamiliale est situe Amboise. Cest une maison sur 2 niveaux, oriente Sud/Sud-Est. La faade est ralise en pierre, enduite la chaux.

Le rez-de-chausse est un espace ouvert, constitu dune entre, dune cuisine, dune salle manger. Ltage, ancienne chapelle, est une grande chambre. Pour une temprature extrieure releve en mai de 14C, la temprature intrieure tait de 20C, sans chauffage. Le chauffage est uniquement constitu dun pole charbon. Page 32 sur 42

Cet exemple illustre le rle de linertie thermique du sol dans ltablissement des ambiances intrieures. Les habitants considrent que cest une maison trs facile chauffer et absolument pas humide

MAISON NAZELLECette habitation est organise sur un seul niveau, elle rsulte de lamnagement de 3 grottes relies. La faade oriente Sud/Sud-Est est en pierre, enduite la chaux. L habitation est constitue dune cuisine, dun sjour, de deux chambres, une salle de bains, un wc, un cellier et une cave. Pour une temprature extrieure de 14C releve en mai, la temprature intrieure sans chauffage tait de 25C pour le sjour et la cuisine (apports gratuits de la cuisine), de 16C pour la salle de bains, de 18C pour la chambre 1 et de 22C pour la chambre 2. Le chauffage est assur par une chaudire charbon avec distribution par radiateurs. La consommation est de 7 8 kg par jour, soit environ 1 tonne de charbon pour lhiver. Pour les habitants, la maison est facile chauffer si elle est utilise toute lanne, mais elle est difficile remettre en temprature si elle reste longtemps inoccupe. Il faut du temps pour chauffer la masse environnante, mais ensuite il ny a pas besoin de beaucoup dnergie pour maintenir la temprature, mme au printemps. La maison nest pas humide car le chemin suprieur draine leau de ruissellement de la colline. De plus, la vgtation en toiture (iris, lierre, lauriers roses) joue un rle absorbant.

Cave les Aurelles NIZAS

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Architecte : G. Perraudin

Lutilisation de la pierre, matriau forte inertie, dans les climats forte amplitudes thermiques comme le climat mditerranen, contribue trs largement au confort thermique des btiments. Il faut plus de 10 heures au front de chaleur pour traverser le mur de pierre de 50cm. Dans le projet de la cave des Aurelles, la pierre reconquiert son exclusivit en devenant la fois structure, diaphragme, protection, ornement. Et cest elle aussi que revient le soin de stabiliser la temprature; la pierre mise en uvre de cette manire est effectivement adapte pour la construction dun milieu et dun microclimat appropris la conservation du vin.

La toiture joue galement son rle, constitue de hourdis de briques sur poutres en bton. Elle soutient, sur une tanchit renforce, un mlange de 40 cm de terre et de pouzzolane plant diris. Lpaisseur de ce toit, ainsi que celle des murs, offre une remarquable inertie thermique, atout essentiel pour la vinification. Lemploi de systme de ventilation par puits canadien permet dobtenir des conditions correctes pour la vinification, avec une temprature de 22C dun bout lautre de lanne. La pierre est employe telle quelle, brute dextraction. Une induration des blocs en surface (calcin) se forme au contact de lair et protge naturellement la pierre. Sans revtement, ni traitement appliqu sur la pierre, il ny a aucun risque dmission de polluants.

Immeuble quai de la Mairie MARSEILLEArchitecte : Fernand Pouillon

Dans les annes 1950, Fernand Pouillon avait mis au point un systme constructif original: la pierre banche.

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La pierre est utilise en parement de forte paisseur faisant office de coffrage perdu la structure en bton arm. Plus tard, il gnralisera la pierre massive taille ds la carrire et livre sur le chantier prte lemploi, ce quil nomme alors la pierre prfabrique. Larchitecture de Fernand Pouillon se distingue par une trs forte massivit. Lemploi de la pierre banche sur ce projet est prpondrant. Son paisseur contribue au confort thermique de limmeuble. De par sa masse thermique, la structure absorbe la chaleur du jour pour la restituer la nuit. La loggia participe galement ce confort; elle est dispose plein sud, lorientation o elle est le plus efficace pour rguler les apports solaires inter saisonniers. Lintervention de loccupant, qui transforme le volume de la loggia en vranda par la mise en place dun vitrage lhiver, optimise le captage de lnergie solaire.

Cave Dominus Yountville, CalifornieArchitectes : J.Herzog et P. De Meuron

Herzog et De Meuron ont dtourn une technique de travaux publics, les gabions, qui permet une nouvelle utilisation de la pierre. Ce mode constructif permet la fois dobtenir une grande inertie tout en conservant une certaine transparence selon le degr de porosit laiss entre les pierres. Appel par les habitants la cave invisible, par le choix du matriau, pierres sches contenues dans une armature mtallique. Invisible, elle lest dautant plus que la pierre se rapproche de la couleur de la terre.

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Loption des cages mtalliques remplies de pierres sches offre une solution formelle, elle rpond surtout aux contraintes techniques et fonctionnelles lies la ncessit de dfinir un systme passif capable de minimiser les effets ngatifs des carts de temprature importants qui caractrisent la rgion, et qui sont nfastes la conservation du vin.

Les architectes ont recouru la mme stratgie pour moduler, par une densit plus ou moins grande du remplissage des cages, le passage de la lumire naturelle et contrler ainsi lclairage lintrieur de ldifice.

Architecture de terre : immeuble d'habitat social L'Isled'AbeauArchitectes : F.Jourda et G. Perraudin

Ces habitats, difis en pis dans la ville nouvelle de lIsle-dAbeau, ont t une des expriences pilotes mens en 1982 sur la construction en terre. Les deux immeubles en pis groupent 4 logements sociaux sur trois niveaux. Les six colonnes frontales nassument aucune fonction porteuse; celle-ci est entirement assure par les murs en pis (terre non stabilise) dune paisseur de 50cm.

La grande inertie thermique du pis est due aux importantes migrations de vapeur deau lintrieur des murs. En hiver, la diffrence de temprature entre les parois externes et internes des murs provoque une importante condensation de la vapeur deau prsente dans le pis. Le phnomne saccompagne de dgagement de chaleur. En t, au contraire, la vapeur deau svapore en absorbant une quantit importante de chaleur. Pour cette raison, les maisons en pis restent plus fraches lors des grandes chaleurs estivales.

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Si lisolation intrieure des maisons en pis peut savrer bnfique sur les faces Nord ou peu exposes au soleil, il peut tre intressant de conserver linertie thermique du btiment sans isolation sur ses cts les plus ensoleills. Lisolation ne doit jamais bloquer la migration de lhumidit dans les murs. Des cloisons de doublage dsolidarises des murs sont prfrer au doublage par panneaux isolants colls. Une humidit bloque par des enduits trop tanches peut liqufier un mur en pis. Cest--dire lui faire perdre sa rsistance.

Habitation Saint-ChamasArchitecte: Didier Chauvin

Cette habitation unifamiliale est situe au nord de ltang de Berre, sur le Baou de Saint Chamas qui fait face la ville dIstres. De nombreuses grottes creuses dans le Baou datent du dbut du XVIIme sicle, elles ont servi dentrepts, de moulins, dabris. Leur amnagement en habitat daterait du XVIIIme sicle. Seules quelques grottes sont encore habites dans la partie suprieure de la falaise. Certaines habitations troglodytiques ont t ramnages rcemment dans lextrmit sud du Baou. Le projet prsent bnficie dun ensoleillement permanent au sud, et dispose dune vue imprenable sur ltang de Berre. Linertie thermique de la roche, associe aux apports solaires, confre une autonomie nergtique quasi totale ce logement.

Dans le climat ensoleill du bord de la Mditerrane, et malgr certaines journes trs fraches (-5C -10C), il nest quasiment pas ncessaire de chauffer ce logement, leffet de serre de la baie vitre expose au sud et les apports gratuits suffisent apporter les calories ncessaires. Leffet de protection solaire de la loggia permet dviter les surchauffes estivales.

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Logement Saint-Pierre de FerricArchitectes : H.Vidal et Y. Bayard (06)

Bas sur la technique de la terre arme gnralement utilise dans les travaux publics, ce systme de conception consiste remodeler le site de manire simple et conomique afin de constituer des territoires dans lesquels viennent sinstaller les habitations et leur prolongements. Cette technique, invente par Henri Vidal, consiste en la mise en place darmatures mtalliques lintrieur dune masse de remblai, permettant de stabiliser celui-ci au point de constituer un ouvrage de soutnement capable de retenir toutes sortes de terrassements. La cellule dhabitation est adosse au fond du territoire contre le parement mme de louvrage de soutnement de la terrasse amont. Cest le parement lui-mme, constitu dcailles de bton, qui tient lieu de mur arrire par la maison. Ce dispositif permet une conomie importante de gros-uvre qui vient compenser le cot de modelage du sol. Ensuite la toiture est ralise en terrasse accessible et plante, ce qui dgage la vue pour les habitations situes au niveau suprieur. Le plan de la cellule en arc de cercle entirement vitr au sud permet un amnagement intrieur trs souple (aucun point porteur). Les murs de soutnement, constitus dlments de bton prcontraint de 1,80mx3m environ, assurent eux-mmes ltanchit. Seuls les joints font lobjet dun traitement multicouche courant. Ce type de projet est comparable un abri sous roche pour son comportement thermique.

Habitation VisanArchitecte: Frdric Chabert

Le parti architectural a consist exploiter au maximum les avantages apports par la terre. Le projet a obtenu un label 4 toiles solaire, presque entirement en passif (pas de capteurs sauf pour leau chaude sanitaire). Le complment de chauffage est assur par une chemine bois pour les pices vivre et des convecteurs lectriques pour les chambres. Lexprience des rudes hivers passs a vrifi les calculs thoriques.

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La terrasse va galement amliorer le confort dt, par larrosage et leffet dombrage des arbres ou arbustes. Larrosage du jardin provoque une vaporation qui dissipe les calories emmagasines dans le sol.

Habitation dans les dentelles de MontmirailArchitecte: Frdric Chabert

Le terrain est situ au cur du massif des Dentelles de Montmirail, la lisire des parcelles cultives et de la fort. Le site est constitu danciennes banquettes de faible pente, qui se succdent par des ressauts de 1 2 mtres. Lhabitation est encastre dans la pente de la colline. Les volumes sont dcals suivant la pente du terrain naturel. Le choix dun btiment horizontal toiture vgtalise, compact, massif, ouvert sur le sud, constitue la base de la conception climatique du btiment, et permet dobtenir un excellent confort thermique dt et dhiver.

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Le projet mnage de grandes transparences sur les faades exposes au sud et au sud ouest, pour bnficier de la vue majestueuse sur les Dentelles. Les matriaux utiliss en faade et en couverture sont ceux que lon trouve sur place: murs en pierres extraites de lexcavation du chantier, toitures vgtalises en continuit avec le sol naturel.

10.

GLOSSAIRE

Chaleur spcifique (Cp)Quantit de chaleur ncessaire pour lever de 1C la temprature de 1kg de matriau. (en J/kg.K.)

Matriaux de construction Eau Bois

1000 J/kg.K 4180 J/kg.K 2000 J/kg.K

ConductionTransmission de proche en proche par agitation molculaire et chocs entre molcules.

Conductivit thermique

quantit de chaleur qui passe en 1 seconde au travers de 1m 2 dune couche homogne de 1m dpaisseur soumis une diffrence de temprature de 1C.

Constante de tempsElle caractrise linertie thermique intrieure de lespace chauff. Cest la puissance fournir pour maintenir un degr de diffrence de temprature entre lintrieur et lextrieur.

ConvectionTransmission par transport de matire chaude vers une zone froide (ou linverse).

Coefficient de transmission thermique (U)Il donne le flux de chaleur travers 1m2 de paroi pour une diffrence de temprature de 1 entre deux environnements U= 1 / R.T

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Facteur de temprature superficielle

Sri = 1 - Rsi U

Diffusivit thermique (Df) :

en m/s

Elle exprime la vitesse la quelle la chaleur pntre dans un matriau, ou la profondeur laquelle la chaleur a un effet aprs une priode de temps donn

Effusivit thermique (Ef) en J.s1/2/m2.K :

Elle caractrise la capacit de stockage dun matriau.

Masse volumique ()Masse de 1 mtre cube de matriau (en kg / m3.)

RayonnementTransmission par mission et absorption de rayonnement lectromagntique par surface des corps.

Temprature oprativeMoyenne pondre de la temprature de lair Ta et de la temprature radiante Tr Top = a Ta + (1 - a Tr) a = 0,5 + 0,25 V V = vitesse relative de lair ; peut tre gale 0 Si V (m/s) Top = Ta, les surfaces environnantes nont plus deffet sensible.

Flux de chaleurLe transfert de chaleur se quantifie par le flux de chaleur (en Watts); il exprime la quantit dnergie passant chaque seconde au travers dune surface, ou par la densit de flux de chaleur (W/m 2) qui exprime la quantit dnergie transmise chaque seconde au travers dune surface donne.

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BIBLIOGRAPHIE ARCHI BIO : Jean-Louis Izard (Parenthses) SANTE ET QUALIT DE L'ENVIRONNEMENT INTRIEUR DANS LES BTIMENTS : Claude-Alain Roulet (Presses Polytechniques et Universitaires Romandes) L'ISOLATION COLOGIQUE : Jean-Pierre Oliva (Terre vivante) LE GUIDE DE L'NERGIE SOLAIRE PASSIVE : Edward Mazria (Parenthse) ARCHITECTURE DURABLE : Pierre Lefvre (Edisud) ARCHITECTURE CLIMATIQUE : A.Chatelet, P.Fernandez, P.Lavigne (disud) ARCHITECTURES D'T : Jean-Louis Izard (disud) QUALIT ENVIRONNEMENTALE DES BTIMENTS : Ademe

ACTES DES ATELIERS "CONFORT D'T" - LES TOITURES TERRASSESVEGETALISEES : Arene PACA MAISON DE BTHLEEM : P.Revault, S. Santelli, C.Weil-Rochant (Maisonneuve et Larose) MAISONS CREUSES DU FLEUVE JAUNE : Jean-Pierre Loubes (Craphis) LES CAVES : Marco Casamonti, Vincenzo Pavan (Actes Sud / Motta) L'ARCHITECTURE INSOLITE : Bernard Rudofsky (Tallandier) ARCHITECTURE DE TERRE : Jean Dthier (Centre Georges Pompidou) FERNAND POUILLON : Jean-Lucien Bonillo (Imbernon) FERNAND POUILLON : Bernard Flix Dubor (Electra Moniteur) MAISON RURALE EN PROVENCE : Jean-Luc Massot (Actes Sud) LE GUIDE DE L'ARCHITECTURE PASSIVE Edward Mazria (Parenthse) DES TROGLODYTES L'ARCHITECTURE PAYSAGE : Olivier Huet (Art Site) L'ARCHITECTURE VERTE : James Wines (Taschen) SOLEIL NATURE ARCHITECTURE : David Wright (Parenthse) HABITAT TROGLODYTIQUE : Acte du premier colloque sur le patrimoine creus (Abbaye de Fontevraud) TROU DE MMOIRE : Yves Dautier (Alpes de Lumire) ARCHITECTURE ECOLOGIQUE : Dominique Gauzin Muller (Le Moniteur) L'ARCHITETTURA DELLE CAVERNE : Manfredi Nicoletti (Laterza) EARTH SHELTERED HOUSING DESIGN (Underground Space Center) EARTH SHELTERED COMMUNITY DESIGN (Underground Space Center) ENCYCLOPDIE DU PATRIMOINE : Ren Dinkel (Encyclopdie)

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