A l’abri, bien au chaud…
L’environnement est-il hostile à ce point ? La sécurité doit-elle être une obsession ? Y a-t-il à une tâche précise à accomplir dans ce local ? Une œuvre à aller visionner ?
Les bâtiments sont des éléments importants de notre univers, s’il vous prenait l’envie de vouloir rentrer dedans. Il se passe un moment où vous pouvez l’apercevoir dans sa globalité.
Lorsqu’on arrive de l’extérieur, et que l’on s’approche de cette petite porte, l’édifice peu vous sembler impressionnant. Néanmoins, les configurations qui nous donnent l’envie de pénétrer à l’intérieur peuvent être multiples. En général, on sait ce qu’on est venu y chercher ou produire. Une ambiance, un peu de réconfort, une accalmie dans une tempête, un petit coin que l’on connaît ou pas qui nous persuade que de toute façon, ça sera nettement mieux là-bas qu’ici.
Ainsi, il est possible de vouloir pousser la porte d’une église ou d’un supermarché juste par simple curiosité.
Et lors d’une saison de chauffe, vous pouvez tout à fait vous demander ce qu’engendre l’action ouvrir une porte ou une fenêtre sur l’ambiance intérieure.
Dans un local, cette question peut sembler évidente, néanmoins pour y répondre correctement, elle demande, je pense un peu de réflexion. Car, pour comprendre ce qu’engendre l’ouverture sur l’extérieur d’un local, il ne suffit pas de l’écrire dans un article.
Il y a un moment, où vous avez besoin d’entrer !
Alors, ce n’est pas forcément un problème des plus simple à résoudre puisqu’en soit, il n’y a pas vraiment de problème.
C’est dans la durée de l’ouverture qu’il y a des échanges entre les deux milieux. Il y a également le ratio de l’ouverture, car les mouvements d’air sont liés à des différences de pression, et donc par rapport à la surface de l’ouvrant.
Tout ça me rappelle des “aurevoirs” et des “accolades” chaleureuses effectués sur le pas de la porte, jusqu’à faire coucou aux convives depuis leur voiture. Pour finir par vite rentrer à l’intérieur en disant :
Vite, rentre et ferme la porte, ne laisse pas le froid rentrer !
Ces deux paramètres sont directement liés au débit d’affluence. Une personne seule doit probablement pouvoir s’en sortir en tirant la poignée. Alors que pour une petite file de personnes, il n’y a pas forcément qu’une seule ouverture. Il va de soi que vous tenez la porte à la personne qui vous précède, ça fait parti de la politesse et du savoir vivre. Pour vous en convaincre, retournez au cinéma !
Ainsi, pour palier d’éventuels mouvements d’air inconfortable dans les locaux, de nombreuses solutions ont été intégrés dans nos constructions. Je vous en présente quelques-unes dans les chapitres suivants.
Où se trouve la performance ?
Lorsqu’on regarde la performance énergétique des bâtiments, on peut être amenée à étudier toute sorte de typologie et d’usage.
Des grands volumes, des petits volumes. En réalité, peu importe l’utilisation, lorsque quelqu’un souhaite rentrer à l’intérieur d’un local, il trouvera forcément un moyen. Par la porte ou par la fenêtre, le choix d’un orifice peut dépendre fortement de la situation dans laquelle on se trouve.
D’ailleurs, même s’il n’y pas d’ouverture, il n’hésitera pas à créer un petit trou pour y glisser une caméra, soit pour vérifier ce qui s’y trouve derrière. Si c’est intéressant, il ira voir pour un examen plus profond, il ne résistera pas à agrandir le trou à la taille de ce qu’on dénomme un trou d’homme.
Aucun assureur ne vous dira le contraire. Si un cambrioleur souhaite rentrer à dans un bâtiment, il trouvera un moyen et il y arrivera.
Une ouverture est une faiblesse dans une paroi, dans le bâtiment neuf d’aujourd’hui. Les fenêtres double vitrage performant possèdent un facteur de performance dix fois inférieur à celui d’une paroi opaque.
Ces ordres de grandeur peuvent vous paraître sans intérêt, sauf lorsqu’il s’agit d’analyser les camemberts de répartitions des pertes sur les bâtiments. Dans les outils logiciels, ces éléments sont différenciés ce qui vous permet d’affiner individuellement ou de grouper certaines données. Cela vous donne la possibilité de voir d’un coup d’œil, les éléments les plus impactant d’un ouvrage.
Et pour un professionnel de l’énergétique qui fait ça depuis longtemps, ces grandeurs, il les connaît.
Définir clairement le problème
Dans cet article, l’objectif n’est donc pas de vous dire comment rentrer dans une pièce, mais de vous exposer point par point pourquoi les études que l’on mène sur les bâtiments possèdent certaines limites qui ne peuvent être résolus qu’en agissant d’une autre manière.
Nous nous concentrerons sur une seule ouverture avec un local simple. Nous verrons les différents type de configurations que nous pouvons retrouver dans les constructions.
Dessinons un rectangle représentant notre local. Essayons de faire rentrer une personne à l’intérieur.
Dans cette configuration, il est bien évident qu’il n’y a aucun moyen d’y entrer. Une boîte scellée sur le long terme semble être la meilleure solution. On se retrouve avec les sarcophages et autres tombaux des pyramides ou vous n’avez pas besoin de plus que ça. Forcément, si vous savez ce qu’il s’y trouve, la nécessité d’y aller tous les jours se limite au strict minimum. Il y a également, ces containers de déchet radioactif qui nécessitent des traitements particuliers. Je ne m’y connais pas beaucoup en matière atomique, alors je vais éviter ce sujet.
Il est bien évident qu’une configuration de ce genre n’est pas vraiment adéquate pour s’y balader. Quand il s’agit de stockage, on tente de confiner l’objet à stocker à un minimum d’espace vide. Comme ça, c’est plus propre ! Plié au carré, il est plus facile d’en empiler plusieurs. Naturellement, l’espace coûte de plus en plus cher. Dans le bâtiment comme dans le transport, plus il prend de la place, plus il s’en rend compte. Et pour faire face à cela, tout le monde s’équipe, comme le fait Amazon avec sa machine à colis.
Bon, mettons de côté les étuis sans lumières et faisons un trou dans notre boite.
Du point de vue de la physique élémentaire et des notions de thermique des bâtiments (règles TH-bat, etc…), ce genre de chose n’est vraiment possible ni envisageable. Ou alors, nous nous trouvons dans une configuration qu’on appelle un régime transitoire. C’est-à-dire qui tend vers un autre état. Ainsi, pour maintenir les conditions de confort d’une enveloppe lorsqu’elle est ouverte, cela va nécessiter soit :
- Un ajustement par la puissance à fournir dans l’espace pour compenser la perte engendrée.
- Un ajustement par l’usage où il va falloir tolérer des températures plus basses voir des mouvements d’airs.
Par conséquent, lorsqu’il fait -2°C et que vous souhaitez un peu de chaleur chez vous, il ne vous viendrait pas à l’idée de laisser ouverte votre porte pendant 4 heures. Dans cette configuration, je suis à peu près certain de pouvoir vous faire confiance pour la refermer après votre passage…
…quoique ??
Dans le vrai monde, un oubli est toujours possible. Par exemple, une fenêtre de la salle de bain qu’on a omis de refermer le temps d’une nuit ou d’une après-midi, ce genre de chose existe aussi (je fais très attention, mais ça n’arrive pas qu’aux autres).
Du côté de l’analyse, on se retrouve avec une configuration qui ne semble pas souhaitable pour la majorité des situations. Alors, rajoutons à notre schéma une portion amovible au niveau du trou.
Il est alors possible d’actionner à volonté en ouvrant ou refermant. Comme dit le proverbe, ça entre et ça sort comme dans un moulin.
La menuiserie permet trois choses
On trouve dans les annexes des arrêtés des textes réglementaires la définition d’une baie :
Une baie est une ouverture ménagée dans une paroi extérieure servant à l’éclairage, le passage ou l’aération. Une paroi transparente ou translucide est considérée comme une baie.
Ainsi, on y apprend que les ouvertures possèdent trois fonctions :
- Le passage des personnes
- Le passage de la lumière
- La circulation d’air
Je rajouterais qu’elles sont cumulables et non complètement exclusives. Sauf si vous vivez dans le monde du chat Potté, ce genre de technique n’est pas vraiment envisageable pour faire rentrer un maximum de personnes dans une pièce.
Regardons maintenant quelques techniques que l’on rencontre dans nos constructions pour soit disant “maîtriser les pertes”.
Le SAS d’entrée
C’est certainement le plus connu de tous les traitements. Un sas est souvent présent à l’entrée des halls d’immeubles, des centres commerciaux ou autres bâtiments de bureau. Il s’agit ni plus ni moins d’un local équipée d’une enfilade d’ouverture : deux entrées ou deux sorties, ça dépend comment on le voit.
Le but est de stopper le coup de pression qui arrive brusquement de l’extérieur lorsqu’on ouvre la porte. L’air frais se retrouve piégée à l’intérieur du sas, le temps qu’on referme la première porte, la pression à le temps de s’équilibrer dans le local lorsqu’on atteint la deuxième. Ainsi, ce n’est plus la pression de l’extérieur qui prédomine sur les échanges du second passage, mais celle du SAS. Les pertes sont globalement plus faibles.
Depuis la RT2005, le sas est quasiment obligatoire dans les logements collectifs lorsque la circulation commune est non chauffée. Il y a d’ailleurs une règle là-dessus.
L’efficacité du sas dépend donc de la longueur de celui-ci et de la position des ouvertures. L’air se fraye plus facilement un chemin lorsque les ouvertures sont en vis-à-vis par exemple, que si elles étaient opposées avec un long couloir.
La porte coulissante
Elle translate selon le sens de la façade.
Si elle est automatique, c’est certainement la pire des solutions en ce qui concerne le service fourni, il y a un moteur électrique constamment alimenté permettant l’ouverture à volonté.
Si tenté que ce choix est considéré comme un avantage sociétal ?
Elle a l’avantage de ne pas demander à l’utilisateur plus d’effort que celui de se faufiler dedans sans se préoccuper de ce qui se passe.
Elle s’ouvre en grand d’un seul coup, ce qui implique que le ratio d’ouverture n’est pas forcément ajustable (0% = fermé ; 100% = ouvert). Et donc, il ne manque plus que le débit d’affluence. Ainsi juste avec le temps d’ouverture, il est possible d’estimer finement les compensations à fournir.
Cependant, qui dit système technique dit réglage de l’installation. Il n’est pas rare de voir des mauvais réglages sur certaines portes, elles s’ouvrent alors au moindre mouvement, même lorsqu’il n’y a pas de besoin. Par exemple, lorsque vous vous retrouvez dans la file d’attente de votre boulangerie pour acheter votre baguette de pain, cette porte qui s’ouvre sans arrêt devant vous pourrait vous laisser perplexe. En-tout-cas, ça vous laisse de quoi méditer en attendant votre tour.
Je ne vous parle pas de l’étanchéité à l’air sur ces éléments qui ma foi resterons catastrophique.
Pour des coulissants à fonctionnement manuel, il s’agit principalement des baies vitrées pour profiter du soleil ou d’une vue. Et oui, il ne faut pas se priver. Selon le nombre de montant, le ratio d’ouverture est différent. 50%, lorsqu’elle est divisée en deux, 33% si elle est divisée en trois, etc…
Pourtant, si l’action est manuelle, cela n’enlève rien à l’interprétation que l’on peut faire du fonctionnement de ces éléments par rapport à l’environnement extérieur.
La porte tournante
Elle peut également être manuelle ou automatique, l’avantage est de pouvoir maîtriser les débits d’air. C’est une autre forme du sas d’entrée.
De même que pour les portes coulissantes, celles qui tournent translatent, mais dans un autre plan. Ainsi, en faisant évoluer un tourniquet à trois portes dans un espace adapté, en règle général circulaire. La porte épouse au mieux la forme du sas. Il y aura toujours un moment où une des sections destinée au passage sera totalement isolée de l’extérieur. Les fuites d’air sont réduites à leur minimum par des petites brosses assurant la jonction avec les parois.
L’avantage, c’est de pouvoir dimensionner au plus juste le besoin du local, car le coup de pression est tout simplement éradiqué. Il n’y a plus qu’un débit de renouvellement d’air frais à compenser justement par le fait qu’elle tourne. Il y aura donc à chaque tour, un compartiment d’air chargé de l’extérieur, mais il reste faible et maîtrisé par une rotation constante.
L’inconvénient, c’est que même s’il y a personne à vouloir rentrer, l’appareil tourne et consomme de l’énergie pour faire tourner la roue. On peut donc imaginer des solutions hybrides à détecteurs ou simplement manuelle pour éviter des surconsommations.
Un exemple d’évolution
Il y a mille et une configuration qui nous permettent de nous poser la question de l’usage d’une porte. Dans un habitacle d’avion ou dans un sous-marin, l’objectif n’est pas seulement d’y entrer, mais de garantir des conditions adéquates pour les personnes se trouvant à l’intérieur dans une temporalité définie. Cela quelles que soient les conditions extérieures, comme dans mon vaisseau spatial !
Par rapport à ce que l’on peut faire de faire avec des outils logiciels, il est tout à fait possible d’estimer des chutes de températures.
Prenons un local isolé (1). Observons-le lorsqu’il est la merci du climat et de ses évolutions (2). (3) Imposons-lui une température de consigne par exemple 17°C pour connaître le besoin de chauffage le plus juste et une puissance d’émission à installer. Ajoutons un scénario à l’ouverture d’une porte sur l’extérieur (4) de façon arbitraire. Observons ce qui se passe au niveau des températures et des puissances.
En maintenant le juste besoin de puissance, on distingue 6 pics correspondant à des chutes de température. Cela traduit l’utilisation de la porte qui reste ouverte durant le temps défini dans le scénario, en occurrence une heure.
Les scénarios sont horaires, difficile de faire plus précis, mais il ne faut pas chercher à retrouver ça dans le vrai monde. Il s’agit juste de visualiser certaines évolutions sur une longue période (ici 100 jours). Cela pour en tirer des interprétations par rapport aux résonances des grandeurs entrant en jeu. Et puis une heure d’ouverture permet de bien visualiser les phénomènes.
Mais que faut-il en conclure ?
Ce qui reste frappant, c’est l’évolution de la température de la pièce après la fermeture. À partir de 17h la porte s’ouvre, à 18h elle se referme. À ce moment-là, la température remonte et la puissance infinie diminue fortement. Avec la puissance la plus juste, nous obtenons un léger décalage à la consigne d’un peu plus d’un demi-degré seulement après 5 / 6h.
Cela nous montre que l’ouverture d’une menuiserie sur un temps court n’est pas vraiment responsable des pertes globalisées sur du long terme. L’énergie reste stockée dans le local, dans ses parois (murs, plancher, plafond…). La température remonte vers l’état d’origine.
Pour maintenir la température de 17°C alors que la porte est ouverte, on passe alors en mode “puissance infinie” ou quoi qu’il arrive, l’outil de calcul comblera le besoin. L’écart entre les puissances est considérable : lorsque la porte est ouverte, le pic monte à 4500W (puissance infinie). Alors qu’il est de 230W pour maintenir une température stable sans ouvrir la porte, soit un rapport de 1 à 20.
Est-il possible d’extrapoler à des situations plus réelles ? Lorsqu’on ouvre une porte pendant 2 minutes, effectivement, vous avez une sensation de froid vis à vis de l’ambiance, mais elle se réchauffe très vite une fois refermée.
Ainsi, l’état dans lequel se trouvais le local à l’origine est probablement le facteur prédominant pour réaliser des économies d’énergie, pas la porte, ni son utilisation.
Même si le caractère aléatoire d’une ouverture reste très délicat à étudier. Les grandeurs entrant en jeu dans le bilan thermique d’un bâtiment ne se tournent pas du tout vers ce genre de précision. Néanmoins, ce genre de démonstration vous expose tout de même dans la situation dans laquelle nous évoluons. À savoir, estimer des pistes de solution réaliste pour des problèmes correctement posés.
L’estimation des pertes liée à l’ouverture d’une porte sur l’extérieur n’en est pas forcément un. Néanmoins, il peut le devenir lorsque la porte donne sur un espace non chauffé, un atrium, un jardin d’hiver…
