Retour vers le sommaire

Exemple de brise-soleil optimisé pour permettre l'ensoleillement hivernal et la protection solaire estivale à l'intérieur d'une habitation

Calculez vos masques solaires !      Découvrez l'Ombroscope ici

Une création de l'Atelier ARKITEKTO

Si l'atmosphère est le poumon de notre écosystème, le soleil en est son cœur.

Dans l'architecture contemporaine, trop de brise-soleil sont inadaptés au confort thermique, lumineux et visuel des usagers. Le constat est similaire pour l'orientation, l'inclinaison et le dimensionnement des baies vitrées.

A celles et ceux qui pensent que l'énergie solaire n'est pas adaptée au chauffage solaire sous nos latitudes, sachez qu'une autonomie solaire, même de seulement 50 %, sur une facture de chauffage de 2000 euros est plus intéressante qu'une autonomie, même de 90 %, sur une facture d'eau chaude sanitaire seule de 200 euros ! Préférez donc directement l'installation d'un chauffage solaire combiné (CSC) plutôt qu'un simple chauffe-eau solaire individuel (Cesi).

Sachez que la France reçoit 700000 milliards de kWh/an d'énergie solaire potentielle (sans pouvoir évidemment en apprivoiser la totalité), soit l'équivalent de la production annuelle de 100000 réacteurs nucléaires*.

Le soleil est au cœur des préoccupations architecturales de l'atelier ARKITEKTO.

Calculez l'évolution de la hauteur et de l'azimut du soleil durant l'année à partir du diagramme solaire (en orange : trajectoires apparentes du soleil correspondant à votre latitude).

Exemple ci-dessus, latitude 47 ° Nord, le 21 décembre à 15 h (solaires) : l'azimut du soleil est d'environ 40 ° (rayon en noir) et la hauteur du soleil est d'environ 10 ° (cercle en noir).
Remarque : les 21 mars et 21 septembre (équinoxes, trajectoire en bleu) le soleil se lève à 6 h à l'Est et se couche à 18 h à l'Ouest, quelle que soit la latitude.

Sources : *[E. Mazria, Le guide de la maison solaire, 2005]

Thème 2.1
L'énergie solaire thermique et photovoltaïque

La chaleur "gratuite" du soleil peut chauffer l'eau des habitations, des radiateurs, des piscines via des capteurs solaires thermiques. Quant aux cellules photovoltaïques, elles ont la capacité de transformer la lumière solaire en électricité, laquelle peut être revendue à EDF ou Enercoop par exemple. Les nouveaux tarifs de rachat (2006) du kWh photovoltaïque en France sont : 0,3 ou 0,4 euros, voire 0,55 euros dans certains cas d'intégration (consultez-nous).  

Dans nos projets, nous veillons à utiliser au maximum le potentiel thermique et photoélectrique de l'énergie solaire arrivant sur les constructions et sur leur site.

Notre spécialisation dans l'optimisation des dispositifs solaires passifs ou actifs nous oblige à mettre en garde les installateurs professionnels ou les particuliers contre l'influence des masques solaires (arbres, bâtiments voisins, relief, etc.) sur l'efficacité saisonnière de ces dispositifs (cf. ci-dessous).

Rappelons enfin, qu'il n'existe pas une inclinaison moyenne valable pour tous les types de capteurs solaires et pour toutes les latitudes en France. Une inclinaison moyenne serait une mauvaise inclinaison, car il existe toujours une inclinaison optimale et unique pour une latitude donnée et pour un type de capteur (plan, sous-vide, etc.) utilisés soit toute l'année pour le photovoltaïque et l'eau chaude solaire, soit uniquement durant la saison froide pour le chauffage solaire. Dans ce dernier cas, l'inclinaison optimale sera donc forcément plus importante que pour une utilisation annuelle.

Exemples de capteurs photovoltaïques cristallins, intégrés ou semi-transparents

Exemples de membranes photovoltaïques amorphes formant étanchéité

Exemples de capteurs thermiques plans autovidangeables

Exemples de capteurs thermiques sous vide et de ballons solaires intelligents

Thème 2.2
Les apports solaires gratuits,
les surchauffes solaires,
les déperditions thermiques par les baies

Les apports solaires gratuits ne peuvent être optimisés que par un bilan global du bâtiment (latitude, orientation, matériaux, masques solaires, etc.). Notre spécialité est précisément cette recherche globale sur les bâtiments solaires.  

Notre première préoccupation est d'optimiser le ratio surface vitrée / déperdition thermique afin de satisfaire au confort visuel et lumineux sans que les apports solaires (thermiques) hivernaux soient diminués par les déperditions dues aux baies.

Regardons de plus près les figures ci-dessous. Les simulations informatiques de l'ensoleillement d'un bâtiment consistent à "savoir ce que voit le soleil" à une date donnée (placez le curseur de votre souris sur les dates des solstices et des équinoxes de la première figure représentant les trajectoires solaires centrées sur une habitation, mois par mois, à la latitude 48 ° Nord). Depuis les 4 positions solaires proposées, les zones ensoleillées seront les surfaces "vues" par le soleil. Afin de bien comprendre l'ensoleillement de notre exemple de baie avec brise-soleil (figures suivantes), les 4 modélisations sont représentées depuis un point de vue fixe (sud-est). Remarquons que dans cet exemple de baie exposée au sud, le confort thermique est idéal puisque aucune surchauffe solaire ne sera possible en été (brise-soleil efficace) alors que ce dernier n'empêchera pas le soleil de chauffer l'habitation en hiver par rayonnement sur le sol à forte inertie.   

21 décembre à midi    21 février à midi   21 mars à midi    21 juin à midi

     

      

4 simulations de l'ensoleillement d'une pièce derrière une baie protégée de manière optimale en été

     

Simulation de la progression de l'ensoleillement intérieur le 21 novembre ou le 21 février (à gauche) et le 21 décembre (à droite)

Haut de page 

Thème 2.3
L'orientation et l'inclinaison optimales des baies, des verrières et des capteurs solaires

Les verrières contemporaines sont souvent trop grandes, trop inclinées ou au contraire, déversantes, ce qui implique des déperditions thermiques hivernales allant jusqu'au double des déperditions d'une baie bien optimisée qui permettrait pourtant un même ensoleillement.

Illustration des apports solaires sur une même surface verticale Sud (latitude 47 ° Nord), le 21 juin (à gauche) et 21 décembre (à droite)
par rapport à un cas optimal (100 % d'apports solaires pour des rayons perpendiculaires à la surface de captage)

L'orientation et l'inclinaison des baies, des verrières et autres capteurs solaires sont rarement optimisées. L'esthétique des baies l'emporte trop souvent sur leur efficacité, alors que l'un n'empêche pas l'autre. Pour simplifier, disons que plus une baie est inclinée vers le zénith, plus elle laissera entrer la lumière, mais plus elle laissera aussi entrer le soleil en été ! En revanche, elle laissera moins entrer le soleil en hiver, à la période de l'année où il est recherché.

Nous savons que la position optimale d'une baie dépend de la latitude du lieu. Les outils informatiques et graphiques dont dispose l'Atelier Arkitekto permettent de prendre en compte tous les paramètres solaires, y compris les masques solaires dus à l'environnement d'un site (relief, bâtiments voisins, végétation, etc.). Pour cela, nous utilisons des photographies grand angle fisheye de manière à avoir la projection de l'ensemble de l'environnement sur 360 ° de paysage (cf. photos ci-dessous) que nous superposons aux trajectoires solaires du lieu.   

Diapositive fisheye et repérage numérique des masques environnants (flèches bleues) par rapport aux trajectoires solaires apparentes du lieu






Attention aux masques créés par la végétation et le relief !
L'étude des masques solaires environnants (ici, une colline boisée dans le Maine et Loire) par des relevés in situ (photographies fisheye) et des simulations informatiques permet d'optimiser la position des constructions et des capteurs solaires.
 

Périodes solaires de début et milieu de matinée (voûte solaire de latitude 48 ° Nord)
Cliquez sur la flèche pour faire tourner la voûte solaire autour de la maison.

Périodes solaires de fin de matinée et début d'après-midi

Périodes solaires de milieu et de fin d'après-midi

Haut de page

Thème 2.4
L'optimisation saisonnière et périodique des brise-soleil

L'optimisation spatio-temporelle des écrans brise-soleil est un savant calcul.  

Incapables à la fois de protéger convenablement des surchauffes estivales et de bien laisser pénétrer le soleil en hiver, les écrans brise-soleil actuels sont trop souvent utilisés par les architectes comme des dispositifs esthétiques (effet de soulignement...). La plupart des dispositifs soi-disant brise-soleil sont utilisés indifférement pour des façades Sud, Ouest ou Est ! Or, les rayons solaires n'arrivent pas avec la même inclinaison selon leur azimut ; ils impliquent donc des brise-soleil Ouest et Est beaucoup plus importants lorsqu'ils sont horizontaux. Que dire aussi des brise-soleil placés sur des façades Nord sous nos latitudes...

Notre spécialisation solaire s'est naturellement tournée vers cette thématique de l'optimisation des brise-soleil car elle permet de limiter le recours à la climatisation (lors des canicules) qui n'est souvent qu'un "pansement" sur les plaies architecturales que sont les surchauffes solaires estivales. Notre travail en amont du projet architectural est d'abord de veiller à ne pas augmenter la température intérieure en été, avant de l'abaisser, le cas échéant.