Imaginez un logement qui se chauffe et se refroidit tout seul, grâce à l’énergie du soleil, sans recourir à des panneaux solaires. C’est ce que propose le concept de maison solaire passive. Simple et efficace, ce type d’habitat utilise l’énergie solaire directe à travers les fenêtres et les puits de lumière. Une partie de cette énergie est ensuite stockée dans les murs et les sols de la maison pour être utilisée la nuit et pendant les mois les plus froids.
Avec une bonne isolation et ventilation, des matériaux adaptés et une conception de maison bien pensée, il est possible de réduire les coûts de chauffage et de climatisation de manière significative, voire même de les supprimer totalement dans certains cas.
Ainsi, en combinant une maison solaire passive avec une pompe à chaleur alimentée par de l’électricité solaire, vous pouvez atteindre une consommation énergétique nette nulle pour le chauffage et la climatisation de votre habitation.
Comment fonctionne le chauffage solaire passif
L’un des principaux avantages d’une maison chauffée par le soleil est sa passivité. Une fois les éléments du système de chauffage solaire passif mis en place, la maison se chauffe toute seule, silencieusement et sans intervention humaine constante. Voici les éléments clés à considérer :
Efficacité énergétique
La forme la moins chère d’énergie est celle que vous n’utilisez pas. La première étape dans la conception d’une maison pour le solaire passif est l’investissement dans l’efficacité énergétique. Les clés pour maintenir une maison solaire passive sont :
- des portes et fenêtres bien étanches
- des fenêtres à double ou triple vitrage
- des appareils électroménagers et chauffe-eau très efficaces
- une excellente isolation
Par elle-même, une maison bien isolée peut économiser jusqu’à 20% des coûts de chauffage et de climatisation. Une maison bien étanche est également une maison plus propre, plus résistante à la pollution de l’air et au bruit, aux nuisibles, aux virus et aux bactéries.
Bon emplacement, bonnes fenêtres
Dans l’hémisphère nord, les fenêtres orientées vers le sud bénéficient d’une exposition maximale au soleil lorsqu’elles ne sont pas obstruées par des arbres, des bâtiments de plusieurs étages ou d’autres obstacles.
Pour le chauffage, il est recommandé de bénéficier de six heures d’ensoleillement direct en milieu de journée. Pour la climatisation pendant les mois les plus chauds, des stores, des auvents ou d’autres couvertures de fenêtres aident à garder la maison fraîche.
Dans les climats plus froids, où l’exposition au soleil est plus limitée, des fenêtres inclinées plutôt que verticales (comme dans les puits de lumière sur un toit en pente) se révèlent plus efficaces. Même dans les climats côtiers, le rayonnement solaire diffus créé par une couverture nuageuse régulière peut fournir des niveaux significatifs de chaleur que des fenêtres bien inclinées peuvent capter.
Les fenêtres triple vitrage sont de plus en plus courantes, en particulier dans les nouvelles constructions. L’espace entre les couches de vitrage est souvent rempli de gaz inertes et inoffensifs qui minimisent la perte de chaleur.
Des fenêtres spécialement traitées peuvent également augmenter la température des fenêtres de jusqu’à 10°C par temps froid, réduisant encore les coûts de chauffage. Bien sûr, il est également utile de garder les fenêtres et puits de lumière propres.
Bonne circulation de l’air
Vous n’avez pas besoin de comprendre la deuxième loi de la thermodynamique pour savoir que la chaleur se déplace du chaud vers le froid. Tout comme les ouragans et les cyclones se déplacent de l’équateur vers les pôles, l’air chaud circule dans la maison vers les zones les plus froides.
Les maisons véritablement passives laissent simplement l’entropie suivre son cours, sans utiliser de dispositifs mécaniques ou électriques pour faire circuler l’air.
D’autres maisons conçues avec un chauffage et une climatisation solaire passifs peuvent utiliser des ventilateurs, des conduits et des souffleries. Les « ponts thermiques », comme les murs faits de matériaux de construction très conducteurs, permettent également à la chaleur de passer d’une pièce à une autre.
La circulation de l’air permet également de faire entrer de l’air frais filtré de l’extérieur avec une perte de chaleur minimale (ou un gain). Une bonne circulation de l’air est également importante pour réduire la condensation et garder la maison exempt de moisissures.
Stockage de la chaleur
Connu sous le nom de masse thermique, les matériaux utilisés pour construire la maison (comme les dalles de béton, les murs de briques, les planchers de carrelage et le placoplâtre, mais aussi les meubles de la maison) absorbent la chaleur du soleil et la libèrent dans la maison la nuit ou pendant les mois les plus froids.
Pendant les mois plus chauds, la masse thermique absorbe et stocke la chaleur de l’intérieur de la maison lorsque la climatisation est nécessaire. Les sols ou les murs de couleur plus foncée absorbent plus de chaleur que les couleurs plus claires.
La masse thermique est ce qui stabilise les températures à l’intérieur d’une maison. Contrairement aux maisons qui brûlent une quantité importante de combustible pour augmenter la température d’une pièce un matin froid de 17°C à 20°C, les pièces d’une maison solaire passive ont des fluctuations de température plus petites.
Il est beaucoup plus énergivore d’augmenter ou de diminuer la température d’une pièce d’un degré que de six degrés, bien sûr, donc maintenir une maison dans une plage de température stable utilise beaucoup moins d’énergie.
Contrôles de température
La température à l’intérieur des maisons chauffées par le solaire passif dépend autant de la température extérieure que de la quantité de rayonnement solaire entrant. Une journée d’hiver ensoleillée peut être plus chaude à l’intérieur qu’une journée nuageuse de fin de printemps. De même, une journée ensoleillée de début de printemps peut être plus chaude à l’intérieur qu’une journée nuageuse de mi-été.
Des contrôles de chaleur aident à modérer ces différences : Un évent à lamelles dans un toit peut dissiper l’excès de chaleur, tandis qu’une pergola ou un auvent au-dessus des fenêtres avec une exposition sud peut fournir une ombre saisonnière. De même, des arbustes hauts utilisés comme haie de confidentialité peuvent bloquer les vents d’hiver. Une planification intelligente signifie que la plupart de ces contrôles sont auto-régulés et nécessitent peu d’intervention humaine.
Limitations du chauffage solaire passif
Si le chauffage et la climatisation solaire passifs fonctionnent mieux dans certains endroits que dans d’autres, leur efficacité et leur simplicité signifient qu’ils fonctionnent dans plus d’endroits qu’on ne le pense. Cependant, il y a des limites.
Chaleur soutenue, pas immédiate
Les maisons solaires passives fonctionnent en maintenant un espace de vie confortable, pas en fournissant de la chaleur instantanée à la demande. Alors que les maisons bien conçues dans des emplacements de choix peuvent parfois compter uniquement sur le chauffage solaire passif, la plupart des systèmes solaires passifs agissent comme un chauffage de base, tandis que les systèmes mécaniques (pompes à chaleur, chauffage électrique, poêles à bois, etc.) sont utilisés pour fournir de la chaleur à la demande.
Emplacement, emplacement, emplacement
Comme pour tout ce qui concerne l’immobilier, l’emplacement compte. Alors que le chauffage d’une maison en hiver dans les latitudes nordiques peut nécessiter un chauffage supplémentaire, la climatisation d’une maison en été dans les latitudes méridionales peut nécessiter une climatisation supplémentaire. La conception du bâtiment doit s’adapter au climat.
Dans les latitudes nordiques, cependant, les maisons ont tendance à avoir des toits en pente, ce qui augmente leur exposition au rayonnement solaire provenant des parties supérieures de la voûte céleste. Un toit en forme de V inversé peut capter plus d’heures de soleil direct qu’un toit plat.
Coûts initiaux et temps de retour sur investissement
La construction ou la rénovation d’un bâtiment peut être coûteuse, mais pas autant qu’on pourrait le penser. Construire une nouvelle maison solaire passive ne rajoute que 3 à 5% du coût de construction.
Étant donné que la plupart des avantages d’une maison chauffée par le solaire passif proviennent de la conception et de la construction du bâtiment, il est plus difficile (et plus coûteux) de rénover une maison pour le solaire passif que de partir de zéro.
Le retour sur investissement provient de la réduction des factures de chauffage et de climatisation, en fonction de l’exposition au soleil du bâtiment et du prix souvent variable du chauffage et de la climatisation. Dans un climat nordique avec un bâtiment rénové qui a réduit sa consommation d’énergie de 45%, le retour sur investissement était aussi peu que 7,7 ans. Dans un climat plus tempéré, la période de retour sur investissement était de 13 ans.
Dans les deux cas, les avantages à long terme l’emportent sur les coûts.
Perspectives pour la technologie solaire passive
La technologie utilisée pour soutenir le chauffage solaire passif ne cesse de s’améliorer, avec de nouveaux matériaux de verre, des procédés de vitrage, une isolation plus efficace, des outils numériques pour mesurer le rayonnement solaire, les performances des fenêtres et l’utilisation de l’énergie facilitant la planification et la conception d’un système de chauffage solaire passif réussi. Atteindre une maison à consommation nette zéro devient de plus en plus facile.