La surchauffe, le départ d’une réflexion d’un autre temps

Surchauffe cerveau

Les méthodes réglementaires conventionnelles acceptent des modélisations propres au bâtiment. Par exemple, dans un calcul réglementaire, il n’est pas nécessaire de modéliser l’ensemble des pièces. Dans ce cas précis du calcul RT en saisie globalisé, les surfaces utiles des locaux sont définies par défaut (suivant le ratio Rat_I) par rapport à la surface du groupe de locaux.

En quelque sorte, ça dépend de la volonté de l’ingénieur ! Quelle absurdité. La surchauffe est un comportement très localisé.

Pour résoudre un problème de surchauffe, impossible d’agir autrement que de faire l’inventaire des différents flux énergétiques d’un local.

Ce que nous dit la météo, c’est que les périodes caniculaires sont prévisibles, dans certains cas plusieurs mois à l’avance. Mais pourtant, la maf (l’assurance des architectes) n’a jamais connu autant de plaintes pour des cas de surchauffes mal maîtrisés.

Y aurait-il un rapport avec la performance énergétique ?

Le local, une dynamique de résonance

Vous êtes vous déjà retrouvé dans cette situation, ce local pourtant à bonne température puis quelques heures après vous avez trop chaud. Sans renouvellement d’air, on étouffe. C’est comme si vous entrez dans votre voiture en été en plein cagnard. Impossible de continuer sans ouvrir les fenêtres.

Vous pouvons tous nous apercevoir de la montée en température d’une pièce lors d’un début de matinée ou lors d’une fin d’après-midi d’été. Quelle que soit l’orientation de la pièce par rapport au soleil, même orienté nord. Il n’est pas nécessaire d’avoir un capteur de température précis pour affirmer cela. Le simple fait de vous dévêtir est une conséquence directe de cette augmentation de température.

La température extérieure n’est pas constante, elle varie forcément en fonction des conditions météos, du jour ou de la nuit, de la couverture nuageuse, de la géographie… Finalement, peu importe le local, il y a une ambiance différente de ce qui se passe à l’extérieur. Jour après jour, elle ne permet pas à elle seule d’estimer avec précision ce qui se passera à l’intérieur.

Surchauffe voiture

Justement, l’ambiance intérieure naturelle du local (sans rien faire, sans apport énergétique) se comporte comme une réponse, un écho par rapport à l’ambiance extérieure. On dit que le local entre en résonance avec l’ambiance extérieure.

La conséquence d'une ambiance thermique

Nous ne construisons pas pour le plaisir, il y a forcément un usage déterminé bien réel derrière, un stockage, une activité…

Les vitrages sont majoritairement responsables de ces effets néfastes. Ils auront toutefois un comportement différent qu’il soit Est, Ouest ou autre

À chaque fois que nous nous trouvons à l’intérieur d’un local, ou qu’on fait tourner une machine, ce comportement aura une influence non négligeable sur le comportement du local. Notre utilisation des locaux aura donc une influence notable sur l’ambiance intérieure.

Ainsi, on peut se trouver dans les deux cas suivants :

  • soit le local n’est pas assez chaud, c’est ce qui se passe en hiver.
  • Soit il n’est pas assez froid, c’est ce qui se passe en été.

Nous sommes comme ça, toujours insatisfait des paysages thermiques engendrés par le comportement naturel, peut-être qu’il est temps de remettre un point sur certaines limites.

De l'isolation au confort, vraiment ?

Combles

Aménagez vos combles peut sembler suicidaire dans certains cas, cependant, là ou le prix au m² dans certaines villes dépasse l’entendement. Un comble est une surface perdue qui peut être rentabilisée assez facilement. Mais ce n’est pas sans compter le confort du locataire…

Vous n’avez jamais remarqué, dans les combles, il fait chaud ! Pourtant, il n’y a souvent pas de fenêtre…

Mais pourquoi fait-il trop chaud ici ?

Les combles sont en général composés de tuiles, d’ardoises ou d’une couverture. Elles possèdent leurs propres caractéristiques physiques comme la conductivité, la diffusivité et l’effusivité thermique. Dans des combles, il n’y a pas d’inertie. Les diverses poutres de la structure ne rivalisent pas avec une structure minérale type béton.

L’absence de renouvellement d’air est également une piste, mais j’y reviendrais.

Le bricoleur du dimanche se dira peut-être qu’avec une isolation et une petite fenêtre de toit tous ces problèmes seront résolut.

Ce n’est pas si facile. S’improviser thermicien n’est pas qu’une simple question d’isolant. Un peu de laine de verre et c’est la cata !

Quelques pistes de solution

La transmission thermique de la paroi opaque et la surface d’échange sont deux éléments clé de cette situation. Bien évidemment, il y a d’autres facteurs comme les couleurs, le facteur solaire de la paroi opaque… Mais dans la majorité des cas, pour ce bricoleur, ce sont les ordres de grandeur qui sont mal maîtrisés.

Le transfert de chaleur par conduction dépend de la conductivité : si j’installe un isolant deux fois plus performant, alors les pertes seront deux fois plus faibles. Mais l’apport ou la perte de chaleur dépend également de la surface de paroi : si j’ai deux fois plus de surface, alors j’aurai deux fois plus de pertes en hiver ou d’apport en été.

Dans les deux cas, le facteur principal permettant cette approche réaliste est la différence de température entre ce que l’on souhaite à l’intérieur et ce qui se passe à l’extérieur. Plus l’écart de température sera important, plus la perte ou l’apport sera intense.

Le point essentiel est donc celui-ci : plus nous isolerons, effectivement plus nous augmenterons les conditions de confort en hiver. Mais par opposition, nous augmentons les risques de ces situations défavorables notamment sur l’inconfort d’été. C’est ce qui est très largement oublié dans nos conceptions d’aujourd’hui.

La fenêtre l'ouverture d'un compromis

Une ouverture reste une faiblesse dans une paroi, bien que les produits actuels sont particulièrement performants, un double vitrage est quand même dix fois plus déperditif qu’une paroi opaque. Le triple vitrage presque 4 fois plus déperditif.

Que ce soit dans un bâtiment des années 90 ou dans un bâtiment performant, la fenêtre se comporte comme un radiateur un peu fou qui s’allume dès qu’il y a un rayon de soleil. Dès qu’il y a des taches solaires pénétrant dans la pièce, il y a une certaine quantité d’énergie qui pénètre à l’intérieure.

Les apports solaires ne sont pas négligeables et ils s’additionnent à tous les autres usages que nous faisons (l’exemple de l’article précédent nous le montre bien.). Les fuites thermiques sont bien souvent trop faibles pour palier des apports caloriques très intenses sur de courts moments.

Une fois que la chaleur est rentrée, il est beaucoup plus difficile de la faire sortir et donc souvent déjà trop tard pour intervenir.

Avec l’expérience, on peut tout à fait tirer des règles empiriques sur les ratios de surface vitré des locaux, nous savons au premier coup d’œil que nous allons avoir des problèmes. Pourtant avertir mes clients ne semble pas les déranger.

S'accorder sur l'effet de serre

Effectivement, nous souhaitons de la lumière, de l’ouverture sur le monde, avoir un horizon à regarder, une vue. Lorsque nous augmentons la surface vitrée d’un local, nous observons des évolutions d’ambiance qui peuvent rappeler la température d’une serre. Un pic très fort au moment de la journée, lorsque les températures sont à leur maximum et lorsque les rayons tapent sur le carreau.

Je ne vous parle pas de l’inclinaison de la fenêtre, quand il y a des châssis de toit dans un rampant, le rayon solaire est beaucoup plus à l’aise pour pénétrer dans la pièce. C’est très souvent une catastrophe pour le bâtiment basse consommation. Impossible à installer dans une maison dite passive.

Protégez-vous ! Installez des brises soleils, des volets, des bâches couvrantes, n’importe quoi qui permettra au soleil de ne pas intervenir dans vos locaux. Bien entendu à l’extérieur !

Dormir dans une chambre à 29°C en période de mi-saison, n’est pas bon signe. Mais finalement, c’est bien ce qu’on observe dans des cas réels. Et avec l’augmentation du réchauffement climatique. Je pense que tout le monde devrait vivre au moins une situation de se genre pour ce rendre compte de l’impact d’une telle situation.

Si on ne fait rien, qu’en sera il dans 20 ans ?

Effet de serre

La ventilation, effet coiffant-décoiffant

Rafraichissement canin

La ventilation est un phénomène dynamique qui vient s’additionner à ce constat statique. Assurer un courant d’air pour palier ces phénomènes énergétiques est une des solutions de traitement notamment dans les maisons individuelles cela peut être très efficace. Tout dépend de la quantité d’énergie à évacuer, et de la qualité de mise en application par l’utilisateur. Il y a donc d’un certain pilotage à avoir. Il n’est pas rare de trouver des ordres de grandeur de 10 vol/h, je peux vous garantir que ça déménage !!

En été, la ventilation nocturne peut donc être bénéfique pour démarrer avec une ambiance plus basse le matin (on parle de 5 à 10°C de différence.). Créer un courant d’air traversant assure une pente plus importante de la chute de température nocturne et ainsi participe au rafraîchissement.

Encore faut il bien savoir s’en servir. Elle sera d’autant plus efficace que l’écart de température entre l’intérieur et l’extérieur est grand. Ainsi, si les nuits restent chaudes, difficiles d’utiliser cette démarche, mieux vaut se barricader…

Un regard attentif aux différents phénomènes dynamiques est donc primordial afin de savoir si oui ou non, je devrais ouvrir mes fenêtres cette nuit-là. Tout ça peut se calculer facilement avec des outils de STD. Si vous souhaitez savoir dans quelle mesure il faut aérer, merci de me contacter.

Dans les pays chauds, on installe des brasseurs d’air au plafond, ceux-ci ont pour effet d’augmenter l’effet de convection. C’est également une solution, mais elle comme conséquence de consommer de l’énergie.

Des méthodes réglementaires toujours inefficaces

Cervrau surchauffe

Tous les étés, lorsque viennent les périodes chaudes, il y a toujours ce constat affligeant. Ce marronnier qui ressort dans les JT. La majeur partie des personnes en difficultés se ruent vers la grande surface la plus proche pour acheter le dernier climatiseur. Un mouvement de masse qui est une conséquence directe d’un comportement mal maîtrisé.

Lorsque la surchauffe s’installe, il est souvent déjà trop tard pour agir. Or, nous savons avec l’outil de simulation calculer précisément les conditions d’ambiances des locaux. Ces logiciels sont à la base conçue pour ça. Mais alors pourquoi ça cloche encore ?

Personnellement, j’ai appris les ordres de grandeurs, j’ai vécu des situations de surchauffe. J’ai analysé le comportement des bâtiments de tout type et je peux dire en 5 min sur plan, où et dans quelle mesure, il y aura un problème. Dire : ça, c’est mieux que ceci, ne prend pas plus de 5 mots…

Peut-être que des investigations supplémentaires seront nécessaires et qu’elle demanderons des simulations poussées.

Est-il nécessaire de dire qu’en installant dix ordinateurs dans une chambre, vous aurez nécessairement des problèmes ? Non, ça l’est peut-être moins pour des serveurs informatiques.

Avoir un bâtiment confortable ne s’improvise pas.

La réglementation thermique ne place aucun cadre. L’analyse correcte d’une surchauffe nécessite de placer une limite haute acceptable qui permet de s’assurer de la fonction première de ce pourquoi il est construit, et peut importe ce qui se passe sous cette barre. Il est également nécessaire de faire l’inventaire précis des éléments énergétiques entrant en interaction. C’est la méthode du crash test.

Bon on avance…

L'utilisateur, le seul maître de son confort

Aucune réglementation ne vous apprendra à ouvrir vos locaux. Aucune réglementation thermique aussi vertueuse soit elle ne vous enseignera comment vous protéger du rayonnement, de mettre un chapeau ou de la crème solaire.

Personne ne vous empêchera d’installer dans un de vos locaux un appareil énergétique dont vous avez besoin. C’est bien là le problème et c’est ce qui arrive dans certaines situations. Notamment, dans le cadre d’un bâtiment de bureau, il y a forcément des ordinateurs. Ces machines sont considérées comme de petits radiateurs, certes un ordinateur portable sera nettement moins puissant qu’une station de travail avec deux écrans par exemple. Mais ils auront tout de même des impacts non-négligeables, même dans un bâtiment des années 80 !

Un exemple bien réel de surchauffe

J’ai récemment été confronté à un cas d’école, une petite pièce (<5m²) isolé par des cloisons isothermes (pas non plus sur-isolé). Mais dans laquelle l’utilisateur à installé un moteur électrique de 15kW ! Celui-ci permettait de faire de l’air comprimé, c’est comme ça. Pour son besoin, il devait nécessairement installer cet appareil dans ce local. Néanmoins, lorsqu’il faisait fonctionner cet appareil, il se retrouvait avec des températures proches de 70°C. Ça avait également pour effet de perturber les locaux adjacents. La machine n’entrait plus dans les conditions optimums d’utilisation garantie par le fabricant.

Une situation totalement ingérable.

Impossible pour lui de savoir comment traiter ce cas, il n’avait pas d’autres propositions que d’agrandir l’ouverture de la fenêtre pour permettre d’assurer un meilleur brassement de l’air. Cela aurait entraîné d’importants travaux dont une modification de la façade (donc permis de construire…). Une solution très coûteuse qui aurait pu avoir de grosses conséquences. Finalement, en faisant ce choix, l’énergie allait donc être perdue définitivement.

La solution que je lui ai proposée n’avait rien à voir avec ce qu’il pensait. En couplant au moteur un système efficace de rafraîchissement hydraulique, elle permettait de récupérer de grandes quantités énergétiques et de réaliser d’importantes économies sur sa production d’eau chaude sanitaire (qui était électrique à l’origine). Le client était plus qu’impressionné et très satisfait de ma prestation.

Surchauffe simulation
Simulation de différents temps d'utilisation de l'appareil

Déroulez la pelote, penser autrement

dérouler la pelote

Nous avons parcouru au cours des différents chapitres de cet article que les phénomènes de surchauffe sont dynamiques. Il s’agit d’une addition de phénomènes énergétiques et temporel.

Les bâtiments sur-isolés de nos époques posent des problèmes majeurs, des effets néfastes qui n’étaient pas prévus à l’origine. Ce sont de vrai problèmes, car l’utilisation même de ce pourquoi ils ont étés construit est compromise.

Or, c’est bien pour répondre à un usage précis que nous pouvons apporter des solutions à ces problèmes. Connaître cette limite haute qui nous fait acheter tant de climatiseurs consommant toujours plus d’énergie. Ils ne peuvent être estimés et résolus qu’en connaissant précisément le niveau de service à atteindre ainsi que les différents flux énergétiques entrant en jeu.

Pour résoudre un problème de surchauffe de façon efficace, il faut donc connaître toutes les hypothèses énergétiques qui entrent en jeu. Faire un bilan précis pour atteindre les objectifs fixés. Le départ de cette réflexion est donc le besoin.

N'importe quoi, pour n'importe qui ?

Du côté de l’humain, il se trouve que deux des 6 paramètres du confort thermique sont comportementaux, le métabolisme et l’habillement. Par ailleurs, notre plus gros problème actuel est bien cette dépendance et ce recours systématique au chauffage centralisé.

En tant qu’homéothermes, nous nous adaptons de plus en plus à notre petit confort individuel. En analysant bien, nous avons tous ce comportement d’implémentation qui fait que nous sommes de plus en plus intolérants à la moindre sensation d’inconfort.

En hiver, si on déroule la pelote de la même façon, bien que les températures extérieures soient plus basses, le bâtiment réagit de la même manière par résonance à l’ambiance extérieure et à ce qui se passe à l’intérieur. Ce principe de limite basse acceptable est donc le même et l’opposé estival.

Notre compréhension des phénomènes de surchauffe des locaux peut nous faire penser à un autre phénomène énergétique plus planétaire. J’y vois comme un changement de direction radical dans nos méthodes de conception, dans notre mode de vie.

Maintenant, je vois l’énergie sous un autre angle. J’ai cette nécessité de d’aller chercher très loin dans l’inconfort et de connaître des situations extrêmes pour me permettre d’accepter cette plus grande tolérance. L’énergie nous sert uniquement que parce qu’elle nous est utile et elle permet de répondre avant tout à un besoin. Le besoin le plus juste, car l’énergie est devenue rare et dangereuse pour notre planète.

Remettez du sens dans votre vie ! Et la planète vous remercie.

Planète en surchauffe
La surchauffe, le départ d’une réflexion d’un autre temps

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