Evolution
de la technologie des vitrages et des façades
Confort estival et climat
Surchauffe dans les bâtiments fortement vitrés
Les paramètres clefs pour l’été
Evolution de la technologie des vitrages
et des façades
Le développement récent de la méthode
du verre flotté (sur de l’étain liquide) par
Pilkington en 1959 a permis la fabrication rapide de verre de qualité
et de grande dimension. C’est à partie des année
80 que sous l’impulsion, entre autre, des exigences thermiques
et de la fascination des architectes pour la transparence que les
vitrages ont évolué de manière vertigineuse
sous l’impulsion des recherches et du développement,
notamment:
• de couches sélectives de plus en
plus performantes permettant de contrôler les coefficients
de transmission de la lumière et de l’énergie
du soleil et diminuer les pertes par rayonnement
• de l’utilisation de gaz rare dans
les verres isolants pour diminuer les pertes par convection
• de la mise en oeuvre innovante de façades
vitrées (façade rideau, structural glazing, fixation
ponctuelle)
• de l’application de ne nouvelles
typologies de façades, par exemple la façade double
peau.
1959 mise au point de la technique du verre flotté
par Alastair Pilkington
1960-1970 vitrages à profilés intégraux, Fred
Olsen Amenity Centre, Londres ,1970, N. Foster
1970-1980 Structural Sealant glazing
1980-1990 Vitrage suspendu et fixation par points, contribution
de l'Peter Rice
Verres utilisés dans la construction
à Genève entre 1970 et 2005
Les murs rideaux / Construire en verre, C.
Schittich, G. Staib, D. Balkow, M. Schuler, W Sobek Presse polytechniques
romandes
Structural Glazing / Façade
de verre d’un bâtiment ministériel de la Communauté
Européenne à Bruxelles
Murphy and Jahn, architectes, 1998
Vitrage suspendu et fixation par point
Nouvelle typologie de façade: la double
peau
Mode architecturale / Transparence / Pureté
Confort estival et climat
Confort estival
La norme 382/1 défini les limites exigées
de confort en été à 26 oC avec de pointes à
28 oC pour autant que la température extérieure n’excède
pas 30 oC.
Mais les exigences de confort en été
évoluent rapidement, entre autre sous l’influence de
nouvelles habitudes comme la climatisation des magasins, des salles
de cinéma, des voitures. Et la généralisation
de la climatisation des espaces devient une tendance importante.
Pourtant sous nos climat l’utilisation de
la climatisation n’est pas la solution ineluctable. En effet
diverses études montrent que les habitants (utlisateurs)
accèptent des conditions de confort plus élevées
si le bâtiment est ventilé naturellement.
Et l’adaptation des comportements, l’acclimatation
physiologique et l’acceptation psychologique permettent une
conception plus souple et plus durable du confort que divers systèmes
ou stratégies de rafraîchissement passif permettent
d’obtenir .
Influence du micro climat
La ventilation nocturne des bâtiments est
une stratégie de rafraîchissement communément
utilisée, qui nécessite une bonne connaissance des
températures nocturnes pour évaluer son efficacité.
Les stations météreologiques de référence
sont souvent situées à l’extérieur des
villes (aéroport). Or dans les agglomérations la densité
des bâtiments protége du vent et la masse des constructions
absorbent la chaleur et le rayonnement solaire le jour pour le restituer
la nuit. De ce fait la température nocturne est souvent supérieure
aux prévisions et cela fausse les simulations souvent délicates,
nécessaires pour dimensionner ces systèmes de rafraîchissement
nocturne.
Courbe de dimensionnement et limites de fluctuation,
recommandation SIA 382/1
Importance des 3 processus d’adaptation
thermique en ambiance chaude
• ajustement des comportements (habillement, horaire et rythme
de travail, …)
• acclimatation physiologique
• acceptation psychologique
L’étude ci-dessous montre la différence
d’acceptabilité des conditions thermiques entre les
employés qui travaillent dans un bâtiment climatisé
(AC) ou un bâtiment simplement ventilé (NV):
• A 28 °C, dans le bâtiment climatisé,
80% des employés sont satisfaits contre 100% dans le bâtiment
ventilé.
• A 32.5 °C il y a 0% de satisfaits dans le bâtiment
climatisé mais encore 60% dans le bâtiment ventilé.
John F. Busch, « A tale of two
populations: thermal comfort in air-conditionned and naturally ventilated
offices in Thailand », Energy and Buildings, 18 (1992),
235 – 249. Etude portant sur: 770 occupants (AC) et 376 (VN).
Variations de température en situation
urbaine et à la campagne
Confort estival dans les bâtiments
très vitrés
Surchauffe estivale, un nouveau problème ?
Avec l’apparition de bâtiments très
vitrés (à partir de plus de 30% de la surface de la
façade) les risques de surchauffe ont souvent été
sous-évalués.
Les nouvelles techniques de façades vitrées,
le désir de transparence, la recherche de façades
nues et nettes sans l’encombrement de stores a souvent amené
les architectes à créer des problèmes de surchauffe
quelquefois insolubles même avec l’adjonction d’une
climatisation.
Avec les systèmes de protection solaire
l’architecte, pour des raisons esthétiques, impose
parfois des lamelles horizontales inappropriées ( pour les
orientations est et ouest des lamelles verticales sont nécessaires).
Quelques exemples problématiques pour sensibiliser
les architectes aux risques de surchauffe estival.
La Cité du refuge à
Paris, Le Corbusier, 1929-1933
« C’est le premier bâtiment d’habitation
entièrement hermétique, qui comporte en particulier
un vitrage de mille mètres carrés sans ouvrant. L’intérieur
est muni d’un système d’air pulsé qui
donne des résultats parfaits en hiver et largement satisfaisants
en été. » Œuvres
complètes, 1929-1934, p 97
« Le pan de verre, par contre, est périlleux en été…….Mais
si un circuit d’air est établi à l’origine,
dans des parties fraîches du bâtiment, le vitrage n’intervient
plus comme agent de malaise, puisque les poumons des habitants sont
constamment remplis d’un air agréable en mouvement
qui ne fait que passer. » p 101
La Cité du refuge à Paris, Le
Corbusier, 1929-1933
Hôtel industriel Berlier,
Paris, 1989, Dominique Perrault, architecte
L’architecte revendique rationalité
et neutralité pour son bâtiment:
«une ruche industrieuse dans une fragile
enveloppe de verre »
«un condensateur dont l’expressivité reviendrait
finalement aux activités abritées: un objet formellement,
techniquement et fonctionnellement parfait, une « architecture
mathématique » fruit d’un «processus scientifique
de découverte et d’enrichissement…» Le
visiteur N°1, p 9
L’Hôtel industriel Berlier, Equerre d’argent
1990, à été distingué comme «
architecture industrielle exemplaire » par un jury européen.
Hôtel industriel Berlier, Paris, 1989,
Dominique Perrault, architecte
Or, l'Hôtel industriel Berlier contrevient
largement aux exigences programmatiques…..sans pour autant
garantir un véritable confort du travail:
Variations thermiques, imposant de chauffer d'avantage
l'hiver et de rafraîchir l'été. ….on n'échappe
pas au désagrément dus aux écarts instantanées
du rayonnement solaire.
Des brise soleil sont disposés uniformément
à l'intérieur, et même au nord où ils
sont inutiles. S'ils préservent ainsi l'intégrité
du prisme de verre ils ne protègent de l'éblouissement
qu'en plein été…ils piègent chaleur et
poussière… Le Visiteur No1, p10
Hôtel industriel Berlier, Paris, 1989,
Dominique Perrault, architecte
Dental School Extension, Zurich,
Architecte Theo Hotz, 1995
"The new building presents itself
as a compliment to that process (référence à
l'ancien bâtiment de Haefli-Moser-Steiger) by reinterpreting
Modernist ideas in the light of the knowledge of the late 20th century.
Its three layer glazed facade, rational building organization and
clear infrastructure concept all reflect this position.“
Extrait du livre Theo Hotz architecture, 1949-2002
Dental School Extension, Zurich, Architecte
Theo Hotz, 1995
« Après une année d'occupation,
le bâtiment est toujours aussi esthétique, mais n'est
agréable à l'usage qu'au printemps et en automne »
« La clinique et les laboratoires
sont climatisés. Dans les bureaux, les vitrages occasionnent
des courants d'air froid en hiver ce qui a nécessité
de monter la température de 20 à 23 oC et l'été
du fait des stores à lamelles entre vitrages la température
monte régulièrement entre 27 et 32 oC. Entre les vitrages
la température atteint jusqu'à 80 °C »
«
Au cours du chantier on a rajouté une ventilation mécanique
pour les bureaux mais la loi Zurichoise interdit la climatisation.
En construisant ce bâtiment de manière conventionnelle,
ave un maximum de 40% de vitrages, on aurait économisé
plus de 3 millions sur les installations techniques et plus de 300
000 francs par année pour l'amortissement et le coût
de l'énergie »
Schwarzbuch,
B. Brechbühl, Université de Zurich, Abt. Bauten und
Räumen
Dental School Extension, Zurich, Architecte
Theo Hotz, 1995
Bâtiment Canavée
à Mendrisio
Les vitrages de l’atrium sont
mal protégés contre l’ensoleillement (rideaux
intérieurs). De ce fait, dans le couloir sud les températures
montent parfois jusqu’à 40 °C, ce qui se répercute
sur les bureaux adjacents et les ateliers.
Bâtiment Canavée à Mendrisio
Bâtiment Canavée à Mendrisio
Simulation dynamique effectuée avec
logiciel SUNREL 1.0 (1999)
Enveloppe du bâtiment, les
paramètres clefs pour l’été
Pour éviter les risques de
surchauffe et la nécessité d’importantes d’installations
de climatisation, quelques règles simples permettent d’assurer
la qualité de l’enveloppe et rendent possible l’usage
de systèmes de rafraîchissement passif pour en assurer
le confort:
1. Evaluation de l’ensoleillement
et des zones sensibles
Etude d’ensoleillement, vues du bâtiment
depuis le soleil
2. Prévoir des protections
solaires ne laissant passer que moins de 15% de l’énergie
solaire
Protections solaire
Protections solaires / Die Integrale Fassade,
exposition des nouveaux matériaux dans le domaine des vitrages
et stores, pour la Swiss Bau, Felix Knoble, Artevetro, Liestal
3. Prévoir suffisamment
de masse dans le bâtiment (capacité de stockage) ce
qui permet de stabiliser les fluctuations de température
et de stoker la fraîcheur nocturne
Ecole d'architecture de Lyon, Architectes
F.H. Jourda et G. Perraudin, 1987
Le relevé de température du tableau
ci-dessous montre clairement l’effet de la masse:
• Les salles de classe au rez-de-chaussée
en béton gardent une température stable proche de
la moyenne journalière
• Les ateliers à l’étage,
construits en structure légère varient fortement durant
la journée.
Capacité de stockage, masse
4. Des ouvrants de ventilation
efficaces et adaptées pour permettre si nécessaire
une ventilation nocturne
Dans le bâtiment
Canavée à Mendrisio, la ventilation nocturne des ateliers
élimine la chaleur et stocke la fraîcheur nocturne
dans les dalles et permet ainsi un abaissement de plus de 10 °C
la de température de l’air dans les ateliers pendant
la journée.
Bâtiment Canavée à Mendrisio
Ventilation nocturne de l’atelier, simulation,
début août 2003
|
