Qu’est-ce que la chauffage solaire passif ?
Définition
Le chauffage solaire passif désigne l’utilisation de l’énergie solaire pour le chauffage et le refroidissement des espaces de vie. Il repose sur la conception architecturale de la maison et sur le choix des matériaux.
En effet, lorsque la lumière du soleil frappe un bâtiment, ce dernier peut réfléchir, transmettre ou absorber le rayonnement solaire. La chaleur ainsi produite peut être utilisée pour réchauffer l’espace disponible.
Les différences entre l’énergie solaire active et passive
Contrairement à l’énergie solaire passive, l’énergie solaire active est créée grâce à des équipements spécifiques, qui récupèrent les rayons du soleil pour les transformer en chaleur (solaire thermique) ou en électricité (solaire photovoltaïque).
On distingue deux types d’appareils :
- les panneaux solaires thermiques : ils sont équipés de capteurs thermiques qui récupèrent la chaleur et la transmettent aux systèmes de chauffage ou de production d’eau chaude sanitaire. C’est notamment le principe du chauffe-eau solaire ;
- les panneaux solaires photovoltaïques : ils sont équipés de capteurs photovoltaïques, qui récupèrent les rayons du soleil et les transforment en électricité. Le courant continu (CC) est transformé en courant alternatif (CA) par un onduleur afin d’être utilisé par le réseau d’électricité.
Il est tout à fait possible d’associer l’énergie solaire passive et active pour tirer le meilleur parti du soleil.
Comment fonctionne le chauffage solaire passif ?
Un système solaire passif complet est composé de cinq éléments : collecteur, absorbeur, masse thermique, distribution et contrôle.
Collecteur
Le collecteur (ou ouverture) désigne tout simplement la surface vitrée par laquelle la lumière du soleil pénètre dans le bâtiment. Fenêtre, porte-fenêtre, baie vitrée… Les ouvertures doivent être orientées à moins de 30 degrés du sud et ne pas être ombragées lors de la saison de chauffage.
Absorbeur
L’absorbeur est la surface dure et foncée qui permet d’absorber la chaleur de la lumière du soleil. Concrètement, il peut s’agir d’un mur, d’un plancher ou d’un réservoir d’eau se trouvant sur la trajectoire directe de la lumière solaire.
Masse thermique
La masse thermique désigne les matériaux pensés pour retenir ou stocker la chaleur produite par les rayons du soleil. Contrairement à l’absorbeur, il ne s’agit pas d’une surface exposée, mais de matériaux installés en dessous et derrière cette surface.
Distribution
La distribution est la méthode par laquelle la chaleur du soleil circule des points de collecte et de stockage vers les différentes pièces de la maison.
Dans le cas d’une maison passive au sens strict, on utilise les trois modes de transfert de chaleur naturels :
- la conduction : le flux de chaleur se transmet de particule en particule par contact physique ;
- la convection : la chaleur est transmise par le déplacement de l’air. En effet, l’air chaud monte, car il est plus léger que l’air froid ;
- le rayonnement : la chaleur se propage sous forme d’ondes.
Cependant, il est possible d’utiliser des équipements spécifiques pour optimiser le transfert thermique (ventilateurs, conduits et soufflantes).
Contrôle
Enfin, le contrôle de la chaleur permet d’éviter les phénomènes de sous-chauffe ou de surchauffe.
Il existe plusieurs solutions :
- des débords de toit pour ombrager la zone d’ouverture en été ;
- des thermostats qui activent des ventilateurs au besoin ;
- des évents et des volets qui permettent ou interdisent le passage de la chaleur ;
- des stores et des auvents.
Quels sont les avantages et les inconvénients du chauffage solaire passif ?
Les avantages
Voici les avantages du chauffage solaire passif :
- il permet de réaliser des économies d’énergie ;
- il est écologique et émet peu de carbone ;
- il ne requiert pas l’utilisation de matériaux rares ou polluants ;
- il permet de bénéficier d’un confort thermique optimal ;
- fiable et résistant, il ne nécessite pas d’entretien ;
- il offre un excellent rendement financier ;
- il augmente la valeur du bien immobilier.
Et ses inconvénients :
- il doit être prévu lors de la conception de la maison ;
- il demande un investissement financier important (conception soignée, études de faisabilité préalables, matériaux de qualité, main d’œuvre qualifiée) ;
- il doit obéir à des règles de construction rigides ;
- il peut entraîner des problèmes de surchauffe, qu’il faut savoir gérer ;
- il nécessite un emplacement contraignant et une orientation particulière.
Les différents systèmes de chauffage solaire passif
Le système à gain direct
Le système à gain direct consiste à capter le rayonnement solaire à travers les baies vitrées du logement. La chaleur est retenue par la masse thermique du bâtiment ou évitée grâce à des matériaux réfléchissants.
Le gain direct est mesuré en déterminant la quantité d’énergie thermique que le soleil transmet à l’espace intérieur tout au long de la journée et tout au long de l’année. Il doit être plus important le matin et en hiver et moins important la journée et en été.
Comment ça marche ? On maximise la quantité de chaleur grâce à la surface et à l’orientation des surfaces vitrées. Pour éviter les pertes, notamment durant la nuit, on installe des rideaux épais ou des volets roulants sur les baies vitrées.
Par ailleurs, on utilise différentes méthodes pour éviter la surchauffe. Il peut s’agir d’ombrages ou de « toits froids », qui utilisent la couleur claire pour réfléchir la chaleur du soleil. Très utiles dans les climats chauds, ils reposent sur le principe de l’albédo : les couleurs claires réfléchissent la lumière, alors que les foncées l’absorbent.
Enfin, il ne faut pas négliger la masse thermique des matériaux de construction, qui peuvent capter la lumière et la restituer sur la durée. Par exemple, un dallage en pierre naturelle est idéal.
Le système à gain indirect
Le système à gain indirect consiste à capter l’énergie solaire à l’aide d’un mur collecteur. Situé entre la vitre et l’espace à chauffer, il est fabriqué à partir de matériaux lourds comme le béton, la brique ou la pierre. Ainsi, la chaleur est stockée par la masse thermique de la paroi pendant la période d’exposition au soleil, puis transférée progressivement à l’intérieur par convection et par rayonnement.
L’inertie thermique du bâtiment dépend alors de deux paramètres :
- la diffusivité du matériau, c’est-à-dire la vitesse d’évolution de la température du matériau en fonction des phénomènes extérieurs ;
- l’effusivité du matériau, c’est-à-dire sa capacité à échanger de l’énergie thermique avec son environnement.
Le système à gain indirect le plus répandu est le mur Trombe. Il s’agit d’une surface exposée au soleil peint en couleur sombre puis recouverte d’un vitrage extérieur. L’espace entre le mur et le vitrage est à l’origine d’un effet de serre. Le mur Trombe comporte des bouches d’aération en partie basse et haute afin d’éviter que l’air frais réintègre la maison pendant la nuit. Par ailleurs, des avancées de toit ou autres technologies d’ombrages permettent d’éviter la surchauffe en été.
La serre
Ce système de chauffage solaire passif est constitué d’un espace clos en verre, d’une serre et d’une masse accumulatrice thermique (mur et sol).
La chaleur captée à l’intérieur de la serre peut :
- être transmise directement par convection à l’intérieur de la maison (gain direct) ;
- être absorbée par les matériaux lourds et restituée plus tard (gain indirect).
Pendant la nuit et les journées froides, la serre agit en zone tampon afin de diminuer les pertes énergétiques.
Enfin, les excès de chaleur sont évités grâce à des systèmes d’ombrages qui n’affecteront pas l’apport de chaleur en hiver, par exemple un arbre à feuilles caduques.
Zoom sur le refroidissement solaire passif
Le refroidissement solaire passif consiste à réduire les gains de chaleur indésirables pendant la journée et durant l’été, notamment en stockant la fraîcheur de la nuit. Il se décline en trois procédés principaux : l’ombrage, la masse thermique et la ventilation transversale.
Ombrage
L’ombrage peut être apporté grâce à plusieurs dispositifs :
- la végétation, en particulier les arbres à feuilles caduques qui font de l’ombre en été et laissent passer la lumière du soleil lorsqu’ils perdent leurs feuilles en hiver ;
- de manière générale, l’aménagement paysager ;
- les surplombs, qui sont des sortes de corniches qui maintiennent les fenêtres à l’ombre lorsque le soleil est haut dans le ciel ;
- les auvents, volets et treillis, particulièrement sur les fenêtres orientées au sud.
Masse thermique
Nous l’avons vu, la masse thermique désigne les matériaux qui permettent d’absorber la chaleur et de modérer les augmentations de température pendant les journées les plus chaudes. Elle peut être refroidie durant la nuit grâce à un système de ventilation.
Ventilation
La ventilation naturelle (c’est-à-dire non mécanique) permet de maintenir une température intérieure proche de la température extérieure. Elle doit être forte la nuit et en été, et limitée le jour et en hiver. Elle consiste par exemple à ouvrir les fenêtres pendant la nuit, ou à installer des fenêtres dans le sens du vent dominant et sur le côté opposé pour créer une ventilation croisée.
Dans certains cas, l’installation d’une VMC (ventilation mécanique contrôlée) peut permettre d’optimiser le refroidissement de la maison.
Enfin, il est possible d’envisager la création d’une cheminée thermique, qui repose sur la convection naturelle. Elle consiste à créer une dépression dans la maison grâce à une sortie d’air chaud en partie haute du bâtiment et une entrée d’air basse qui aspire l’air plus frais.
Le chauffage solaire passif est-il rentable ?
Le chauffage solaire passif requiert un investissement financier important lors de la conception et de la construction de la maison. En revanche, il est gratuit une fois qu’il est mis en œuvre ! Il permet par conséquent de réaliser d’importantes économies d’énergie et de réduire considérablement vos factures.
En revanche, la maison solaire passive doit être pensée en amont de la construction. Elle est difficilement envisageable en rénovation !
Chauffage solaire passif : une solution d’avenir ?
Le chauffage solaire passif est un procédé qui existe depuis plusieurs décennies et qui ne cesse de gagner en efficacité. Et pourtant, les projets de construction de maisons solaires passives ne sont pas encore répandus ! Et pour cause, l’investissement de départ peut faire peur… mais surtout, le grand public connaît peu l’existence de ce système. Il y a encore un travail de communication à faire pour le faire gagner en popularité.
Dans le contexte actuel de changement climatique et de hausse du prix des énergies, la maison passive permet de répondre à des enjeux essentiels. Une solution d’avenir pour la construction écologique !
Vous l’aurez compris, le chauffage solaire passif présente de nombreux avantages en construction neuve. Moderne et écologique, il permet de réaliser des économies d’énergie et de maîtriser sa facture de chauffage. Pourquoi ne pas l’envisager pour votre projet de construction ?
