Bienvenue sur le blog de Nicolas Padovani et Louis Nedellec. Nous sommes élèves en 1ère S au lycée Emile Zola de Rennes et voici notre travail effectué au cours de ces quatre dernier mois. Dans la thèmatique de "L'homme et la nature", nous avons décidé de nous tourner vers l'architecture écologique .
Aujourd'hui, la planète va mal, et il est urgent d'agir. L'Homme pollue, et ne semble pas prêt à s'arrêter. Que ce soit dans les transports, la construction ou le chauffage, les énergies fossiles, produits chimiques, ainsi que les métaux lourds et autres substances polluantes sont omniprésents. En effet, en France, 95% de l'énergie consommée est issue des énergie fossiles. Il devient donc vital de réagir de façon efficace.
L'un des points essentiels auquel il faut s'attacher est le bâtiment : il participe à 43% de l'énergie consommée en France. Pour réduire cette consommation, un aspect très intéressant : l'éco-habitat. Quels résultats concrets peut-il apporter?
Les bâtiments participent pour 43% à l'énergie consommée en France et contribuent de manière non négligeable à l'émission des gaz à effet de serre (22%). Il est donc important et urgent d'agir pour limiter ces conséquences.
Une conception bioclimatique des bâtiments aboutit à des modes de construction moins énergivores, moins polluants, et donc moins producteurs de gaz à effet de serre. De nombreux
professionnels s'y mettent, dans le secteur tertiaire, pour la conception de bâtiments collectifs et industriels. Ce type de conception devient également de plus en plus répandu au niveau des habitations particulières, et c'est aujourd'hui un véritable progrès, également un phénomène de mode, mais qui ne demande qu'à prendre de l'ampleur pour s'inscrire à terme dans notre vie quotidienne.
1.1- Terrain , soleil et végétation.
L'éco-habitat ne consiste pas forcément à construire une maison bardée de panneaux solaires, d'éoliennes et de récupérateurs d'eau. Le principe premier de l'éco-habitat est avant tout une insertion optimale de l'habitat dans son environnement, qui permet à elle seule de réduire les besoins énergétiques d'une habitation. Cette approche est appelée conception bioclimatique.
Terrain :
La conception bioclimatique se définit tout d'abord par une approche optimale de l'habitation et de son terrain. Cet aspect central de l'architecture est malheureusement trop souvent ignoré. Quelques méthodes simples permettent de réduire les pertes d'énergie ou la consommation excessive de celle-ci. Lors de l'achat d'un terrain ou encore d'une maison, il faut tout d'abord s'assurer de la proximité des services, qui permet de limiter l'usage de la voiture. Ensuite, le terrain ne doit pas être bouleversé : un terrain en pente ne doit par exemple pas être modifié car il permet de profiter des circulations naturelles de l'air. Ces circulations naturelles sont moins favorables dans une cuvette. Le terrain en pente, au même titre que tout terrain plat, peut également donner lieu à la construction d'un habitat semi-enterré. Ce type d'habitat, qui possède une faible surface de contact avec le milieu extérieur, permet ainsi de profiter des apports de chaleur et de fraîcheur liés au sol, en hiver et en été, ce qui limitera les variations de températures.
Soleil :
Toujours dans le cadre d'une conception bioclimatique, « jouer » avec le soleil et le climat entraîne de grosses économie d'énergie . En effet, le meilleur chauffage est le soleil lui-même. Les apports solaires sont donc à valoriser en priorité. Cela implique un choix d'orientation de l'habitat sur le terrain par rapport au rayonnement solaire. De ce fait, la position optimale d'une habitation sur le terrain est une façade principale au sud, dégagée des ombres des bâtiments voisins, qui permettra un ensoleillement constant, été comme hiver. Les fenêtres, bien souvent responsables de pertes importantes de chaleur sont, elles, placées de façon à maximiser les apports de lumière et de chaleur. La conception idéal se définit par de grandes baies vitrées exposées au Sud, et par la réduction drastique des ouvertures au Nord. Ainsi, la maison peut recueillir directement les apports solaires, et de la même manière réduire les besoins en électricité et chauffage. Une véranda peut également jouer un rôle de capteur solaire efficace ; en façade sud, elle permet de valoriser les apports solaires en hiver ou en demi-saison.
Végétation :
Enfin, le végétal, symbole même de l'écologie, possède lui aussi une place non-négligeable en matière de conception bioclimatique. Une approche optimale se définit par des haies et végétaux denses et persistants qui protègent des vents froids, et des haies plus légères et plus basses au sud : la maison ne souffrira pas d'ombres gênantes en plein hiver. Il faut également penser à privilégier les arbres à feuille caduques devant une terrasse ou à l'ouest de la maison : leur ombre rafraîchira l'été mais ne gênera pas l'hiver, une fois leurs feuilles tombées.
1.2- L'urbanisme
L'intérêt d'un habitat écologique c'est qu'il ne pollue pas,
pour qu'il ne pollue pas on peut jouer sur l'habitat directement mais également sur sa position dans l'environnement, c’est l’urbanisme.
Contrairement à ce qu'on pourrait penser un mode de vie citadin peut s'avérer bien meilleur pour l'environnement. En effet depuis quelques années des villes au quatre coins du monde élaborent ce qu'on appelle des « Eco-quartiers ». En plus de la volonté de créer des maisons à qualité environnementale, un travail d'urbanisme est réalisé pour rendre à ce qui aurait put être une banlieue dortoir un vrai quartier avec une vie de communauté . Ce principal aspect du logement durable est trop souvent ignoré, et le problème est que les économies parfois réalisées à l'échelle d’un bâtiment sont inhibées par la forte dépense d'énergie des transports due à l'isolement dans la nature. Par exemple la nécessité d’utiliser sa voiture pour des tâches quotidienne telles que aller acheter du pain.
Le principe de l'urbanisme écologique est de rendre un quartier autonome dans son déroulement de tout les jours. On peut citer, le commerce de proximité qui permet de faire ses course sans utiliser la voiture, des entreprises permettant ainsi de donner au quartier une dimension plus attrayante ainsi que d'autres gestes simples pour les municipalité comme l'aménagement de pistes cyclables ou l'installation de transports en communs ou encore une collecte des déchets selectives. Au delà de ses vertus durables, un urbanisme meilleur favorisera la qualité de vie .
1.3- L'isolation Thermique
Le bâti est un des atouts majeurs d'un habitat performant en terme d'écologie. Il permet d'optimiser la qualité de l'enveloppe de la maison, d'économiser l'énergie et d'apporter un confort pour toute la durée de vie du bâtiment.
Une bonne enveloppe :
- doit être très bien isolée afin de limiter les pertes de chaleur.
- doit être étanche à l'eau et à l'air.
- doit pouvoir assurer une bonne régulation de l'humidité, grâce à des matériaux « respirant ».
Pour optimiser cette enveloppe, il existe un principe qui prend en compte tout ces éléments : c'est l'isolation thermique.
A- L'ISOLATION DES MURS.
Isolation par l'extérieur :
Dans le cadre d'une isolation thermique optimal, écologique et économique, la meilleure technique d'isolation est l'isolation par l'extérieur. L'isolation par l'extérieur permet en effet de traiter un plus grand nombre de ponts thermiques, sources directes de pertes de chaleur et d'énergie, de ne pas modifier les surfaces habitables et enfin, de protéger l'ensemble de la maison des variations climatiques, comme un cocon.
Plusieurs solutions techniques existent :
Le bardage : il est utilisé pour recouvrir les murs nord est et ouest afin de protéger la maison contre les pluies et les vents dominants. Il protège largement des infiltrations extérieures.
La vêture : elle est constituée d'éléments qui sont préfabriqués en usine. Elle se compose d'un isolant sur lequel est directement fixé une plaque de parement pouvant être de la tôle d'acier, de la tôle d'aluminium, du polyester armé ou du PVC.
L'enduit isolant. Il est composé de matériaux isolants incorporés dans du mortier. L'enduit isolement n'est pas d'aussi bonne qualité que le bardage ou la vêture, cependant, il peut être appliqué comme complément d'isolation sur une surface déjà isolé, lors d'une rénovation par exemple.
Isolation des murs dans leur épaisseur (isolation répartie) :
Une autre solution permet de construire et d'isoler avec un seul et même produit, c'est l'isolation répartie. L'isolant est en fait intégré au mur lui-même. Deux grands types de produits sont aujourd'hui proposé : les monomurs en terre cuite, ou les blocs et panneaux hauteur d'étage en béton cellulaire.
Le colombage est également une solution d'isolation répartie. Le principe est de monter des murs de chanvre grâce à un très bon isolant thermique : le béton de chanvre. Sa structure constituée de fibres permet de petits espaces dans le mur lui-même qui isolent du froid et conservent efficacement la chaleur.
L'ossature bois, très à la mode, fait aussi partie des méthodes de construction à isolation répartie. En effet, l'isolant est lui aussi intégré à l'ossature.
Ces solutions permettent de gagner du temps lors de la construction, car la structure et l'isolant sont compris dans un seul et même produit, mais aussi de réduire efficacement les ponts thermiques. Cependant, un isolant supplémentaire est bien souvent rajouté.
Pour une isolation thermique optimal, il faut également bien isoler les combles, habitables ou non, les planchers sur vide sanitaire ou locaux non-chauffés ou encore les toitures terrasses.
B- LES OUVERTURES.
Les ouvertures permettent de profiter du rayonnement solaire. Elles peuvent cependant très vite dégrader le bilan thermique de la maison, en isolant mal le bâtiment du froid et en le rendant également perméable à la chaleur.
Toutefois, une bonne répartition de ces ouvertures, 50% au nord, 20% à l'est et à l'ouest et 10% au sud, et un vitrage de qualité permettent de bénéficier de plus de chaleur et de moins de bruit.
Plus de chaleur :
Les vitrages sont définis par leur qualité d'isolation, désigné par un coefficient « K ». Plus ce coefficient est faible plus la qualité du vitrage est bonne en terme d'isolation est bonne.
Un vitrage est isolant et donc performant grâce à une lame d'air emprisonnée entre deux parois vitrées. Un simple vitrage, ne possédant pas de lame d'air, possède un coefficient « K » de 5,7. Un double vitrage 4/20/4 (lame d'air de 20 mm entre deux parois de 4mm) permet d'atteindre un « K » de 3 environ. Ces performances peuvent encore être améliorées grâce à un vitrage à isolation renforcée (VIR) ou une couche de sels métalliques est déposée sur la vitre intérieure et renvoie la chaleur dans la pièce, et ou la lame d'air sec est remplacée par un gaz non conducteur, très souvent l'argon. Avec un tel vitrage, l'isolation augmente de 70% par rapport à un simple vitrage et de 40% par rapport à un vitrage standard.
Moins de bruit :
En ville, le niveau de bruit extérieur est en moyenne de 70 dB. Un vitrage de qualité permet de diminuer sensiblement ce niveau sonore.
L'indice « R » d'un vitrage traduit sa qualité à réduire le bruit extérieur. Plus il est élevé et meilleure est l'isolation acoustique. Un simple vitrage possède un indice « R » de 22 dB. Cet indice peut très vite augmenter avec un double vitrage ou les parois vitrées sont épaissies : par exemple, avec un vitrage 6/10/14, on peut obtenir une ambiance sonore de 35 dB, comme à la campagne.
Une maison bien isolée nécessite peu d'énergie pour être chauffer. Cependant, il faut faire attention à sa consommation d'énergie, et surtout éviter la consommation des énergies fossiles, qui s'épuisent et qui sont sources de pollution.
Certains équipements permettent d'exploiter des énergies bien souvent gratuites, totalement renouvelables et donc non -polluantes.
A- Le poêle à bois.
La première des méthodes permettant de chauffer écologiquement une maison est la plus « archaïque » : il s'agit d'utiliser un poêle à bois. La combustion de bois entraîne bien sûr un dégagement de CO2, mais ce CO2 dégagé est le gaz absorbé par le végétal lors de son existence. Il existe deux types de poêle à bois, de qualité et de coût différents.
Le poêle à bois classique :
Très simple d'utilisation, il suffit de mettre les bûches à l'intérieur du fourneau en veillant à leur taille. Il vaut mieux faire chauffer ce type de poêle à haut régime sur une courte période qu'à bas régime très longtemps. De plus, équipé d'un ventilateur il permet d'homogénéiser la température du bâtiment.
Le poêle à pellets ou poêle à granulés :
Ce type de poêle est nettement plus performant mais son coût est également bien plus élevé. Il s'agit de brûler des granulés de bois ou pellets fabriqués à partir de déchets de sciure de bois, matériau renouvelable. Il suffit de charger manuellement les granulés une fois tous les 2 ou 3 jours environ, et le poêle régule automatiquement la combustion, en fonction des périodes de chauffe déterminées. Ce type de poêle, ventilé, permet de chauffer confortablement trois pièces proches de l'appareil.
B- PUITS CANADIEN.
Le principe du puits canadien est simple : il s'agit d'utiliser l'inertie thermique du sol, c'est-à-dire les faibles variations de température, pour chauffer la maison. L'air extérieur va entrer dans le conduit en passant par un filtre, circuler à l'intérieur du système de puits canadien, et se réchauffer au contact du sol, grâce à des tuyaux permettant un bon échange thermique. Au besoin, l'air sera réchauffé juste avant d'entrer dans la maison par le système de ventilation.
Ce système est polyvalent : il permet de refroidir la maison en été et de la chauffer en hiver, tout cela sans utiliser d'énergie polluante, seulement la chaleur ou fraîcheur du sol, selon la saison.
C- LES PANNEAUX SOLAIRES.
Le principe est simple : il s'agit d'utiliser le rayonnement solaires et de le transformer en énergie afin de chauffer la maison. Il existe deux types de panneaux solaires thermiques : les capteurs à eau et les capteurs à air.
Capteurs thermiques hydrauliques :
Pour les capteurs thermiques hydrauliques, c'est un liquide antigel qui circule le long des capteurs exposés au soleil. Au coeur de ces capteurs, le liquide se déplace dans des tuyaux traités au chrome, et se réchauffe grâce au rayonnement solaire, amplifié grâce à l'effet de serre que produit le capteur. En effet, le rayonnement solaire est piégé par le capteur solaire recouvert d'une paroi vitré, ce qui permet de conserver un maximum de chaleur. Le liquide ainsi réchauffé est ensuite dirigé vers un ballon de stockage où à lieu l'échange thermique : le liquide antigel réchauffe l'eau du ballon grâce à un serpentin qui joue le rôle d'échangeur thermique. Ces capteurs thermiques permettent de produire de l'eau chaude, mais peuvent également servir de système de chauffage pour la maison. Lorsque les capteurs thermiques ne suffisent pas, c'est une énergie d'appoint prend le relais.
Capteurs thermiques à air :
Dans ce type de capteurs thermiques, le liquide antigel est tout simplement remplacé par de l'air, chauffé lui aussi grâce au rayonnement solaire. L'air est ensuite ventilé dans la maison afin de chauffer l'habitation.
D- VMC DOUBLE FLUX.
Une maison bien chauffé l'est également grâce à son système de ventilation. Il faut en effet expulsé régulièrement et de manière constante l'air vicié de la maison. Une ventilation implique l'apport d'air extérieur et donc de température différente par rapport à celle de l'habitat, et donc une perte de chaleur, même en utilisant une VMC (ventilation mécanique contrôlée) classique.
La VMC double-flux permet justement d'éviter cette perte de chaleur due à la ventilation. Ce système récupère la chaleur de l'air expulsé de la maison, l'air vicié, pour la transmettre à l'air « neuf » entrant dans la maison. Cet air « neuf » préchauffé est ensuite propager dans les pièces de la maison.
Un tel système de ventilation est plus coûteux qu'une VMC simple-flux mais il implique des économies de chauffage importantes car il permet de récupérer entre 70% et 90% de la chaleur de l'air vicié. Il peut également être couplé avec le système de puits canadien.
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2.2 - S'ALIMENTER EN EAU.
Chaque jour, nous consommons environ 200 litres d'eau. Elle est utilisée au quotidien, pour l'hygiène la vaisselle, le jardin... Certains de ces usages ne nécessitent pas forcément un besoin en eau potable. De plus, chacun d'entre eux peut être optimisé afin de rendre la maison indépendante en matière d'apports en eau, pour s'orienter un peu plus vers une notion de maison non plus passive, mais positive.
A- PETITES ECONOMIES.
Les usages quotidiens peuvent être limités très simplement, en modifiant ou en prenant certaines habitudes. Il faut tout d'abord limiter au maximum les fuites, responsables de pertes d'eau monstrueuses! Un robinet qui goutte gaspille 5 à 20 m3 d'eau par an, pour une fuite de chasse d'eau, c'est 30 à 250 m3 qui sont gaspillés! Le choix d'appareils ménager permet également de veiller à la limitation des usages en eau. Il faut pour cela privilégier des équipement performants, moins voraces en eau, tels que lave-linge ou chasse d'eau à double débit (permet de choisir à chaque fois entre 3 ou 6 L d'eau). Ainsi, en traquant fuites et gaspillages, une famille de quatre personnes consomme deux fois moins d'eau potable, qu'une famille peu soucieuse et mal équipée.
B- VALORISATION INTEGRALE DE L'EAU DE PLUIE.
Cependant, toutes ces habitudes ne rendent pas pour autant la maison indépendante vis-à-vis des apports en eau. Pour cela, il faut aller plus loin, beaucoup plus loin. Une alternative idéal est en effet possible. La solution réside dans la valorisation intégrale de l'eau de pluie, et dans l'utilisation sanitaire et alimentaire de l'eau de pluie.
Cela commence bien évidemment par la récupération de ces eaux de pluie. Théoriquement, environ 80% des besoins en eau d'une famille peuvent être couverts par l'eau de pluie. Pour être entièrement autonome, il faut compter environ 45 m2 de toit par personne. L'eau captée est acheminée du toit vers une citerne dont la capacité de stockage doit être de 120 à 140 litres par mètre carré de surface au sol de la maison. Avant l'entrée dans la citerne, un premier filtre assainit l'eau et écarte les bactéries. La cuve en béton neutralise ensuite l'acidité de l'eau de pluie, grâce à la chaux et à la magnésie contenues dans les matériaux de construction. L'eau est enfin tirée grâce à une pompe où un filtre bactérien permettra l'usage aussi bien sanitaire que alimentaire de l'eau de pluie.
Cette solution écologique permet ainsi de diminuer le prélèvement des eaux souterraines, d'alléger le réseau de distribution, d'empêcher la formation de calcaire sur les appareils électro-ménagers et enfin de disposer d'une eau de qualité, quasi-minérale.
C-TOILETTES SECHES.
En moyenne 50% des phosphates présents dans les eaux usées proviennent des WC et se retrouvent dans la nature. Pour limiter et même arrêter cette pollution, une solution durable : les toilettes sèches.
Le fonctionnement est simple : il s'agit de séparer l'urine des matières fécales. En effet l'urine est stérile et peut donc être évacuées dans les égouts. Les déjections sont, elles, retenues dans un seau contenant de la litière ou des copeaux de bois. Un fois le seau plein les selles seront compostées.
Le compostage permet ainsi d'économiser quotidiennement 35 d'eau par personne et donne un engrais qui pourra être utilisé après 8 à 10 mois de compost.
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2.3- S'ECLAIRER
Pour parvenir à une autonomie quasi-complète en matière d'énergie de la maison, il faut également penser à s'éclairer et à faire fonctionner tous les appareils électriques, de manière écologique. En effet, l'électricité, en France, est produite principalement grâce au nucléaire. Pour remédier à ce problème dans l'habitat particulier, deux solutions : la première, utiliser des appareils moins gourmand en électricité, la seconde, recourir au système photovoltaïque.
A- APPAREILS ECONOMES.
Certains appareils comme les réfrigérateurs américains, les aquariums ou les lampes halogènes peuvent très vit alourdir la consommation d'électricité. Il faut donc veiller à ne pas acheter des appareils trop « voraces » en énergie. L'étiquette énergie permet, depuis 1995 de faire un choix plus écologique et plus économique en matière d'appareils électriques. Cette étiquette énergie indique les performances de l'appareil ainsi que sa durée de vie, sa consommation, etc... Un appareil de classe A sera par exemple plus économique qu'un appareil de classe G.
B- SYSTEME PHOTOVOLTAÏQUE.
L'énergie solaire est gratuite et disponible partout. Il est donc primordial de l'intégrer à un bâtiment afin de produire de l'électricité. L'installation d'un système photovoltaïque est simple et nécessite peu d'entretien par la suite.
Composition :
Le système photovoltaïque est composé tout d'abord de panneaux photovoltaïques qui convertissent l'énergie solaire en électricité, dirigée ensuite vers une batterie de stockage. Une diode anti-retour permet au système de ne pas se décharger pendant la nuit. Enfin, un onduleur permet de transformer ce courant en courant 220V alternatif, utilisable par tous les appareils de la maison.
Fonctionnement :
Le système photovoltaïque repose sur le fonctionnement des cellules photovoltaïques. Ces cellules sont composées d'un semi-conducteur : le silicium. Dans un semi-conducteur, le courant circule comme dans un conducteur classique : un transfert d'électrons a lieu le long du conducteur, d'une zone chargée négativement vers une zone chargée positivement.
Le passage du courant dans une cellule photovoltaïque repose sur la jonction entre deux couches de silicium : le silicium de type N et le silicium de type P. Le silicium de type N est chargée négativement, du fait de l'introduction d'atomes de phosphore, qui apportent un excès d'électrons. Le silicium de type P est lui chargée positivement du fait d'un manque d'électrons apporté par les atomes de bore.
La zone N est recouverte d'une grille métallique qui joue la rôle de cathode et une plaque métallique recouvre elle la zone P et joue le rôle d'anode. Lorsque le soleil vient frapper le panneaux, on a apparition d'une tension entre l'anode et la cathode. En effet, les photons ont la propriété de faire passer les électrons de la couche N vers la couche P, ce qui provoque l'apparition d'un courant continu, ensuite transformé par l'onduleur en courant alternatif.
Ainsi, la maison produit elle même son électricité. De plus lorsque la consommation est supérieur à la production du domicile, c'est le réseau EDF qui fournit l'électricité de complément.
Lorsque la production est supérieure à la consommation, le surplus d'électricité peut être injecté dans le réseau EDF et acheté à prix fixe. La maison s'oriente donc vers une notion d'habitat passif, et même au-delà : positif!
