L’écoénergie des bâtiments

L’énergie consommée dans les bâtiments représente 40 % de la consommation mondiale totale et 33 % d’émissions de gaz à effet de serre. Ces valeurs sont ciblées par des réductions successives en vue de limité la hausse de la température à 1,5 °C en 2030 et d’atteindre la neutralité carbone à l’horizon 2050 comme convenu à Paris en 2015 à la COP21.

De l’habitat précaire des peuples dispersés dans leur espace naturel aux bâtiments des villes et des grandes métropoles, les constructions sont, soit des milieux de vie, soit des lieux d’exercice d’une activité ou d’une profession et donc, des espaces où le confort humain devrait être créé et entretenu.

La notion de confort humain

L’air que nous respirons est composé d’un air pur ou air sec avec 78 % d’azote, 21 % d’oxygène et 1 % d’argon, de vapeur d’eau faite d’hydrogène et d’oxygène (H2O) et de particules fines de pollution aussi appelées matières particulaires.

Les particules fines désignent notamment  les dioxyde (CO2) et monoxyde de carbone (CO) provenant principalement des gaz d’échappements des automobiles et des combustions incomplètes des produits pétroliers ou de bois. Le dioxyde d’azote (NO2), le méthane (CH4), l’ammoniac (NH3), l’ozone (O3), le dioxyde de soufre (SO2) et les métaux lourds de notre environnement proviennent aussi de diverses sources. Ces particules fines, suivant leur quantité et leur composition chimique, peuvent avoir des effets sur notre santé et sur notre environnement.

Selon l’Organisation Mondiale de la Santé (OMS), neuf personnes sur dix respire de l’air pollué et qui est à l’origine de 13 décès chaque minute du fait de cancers de poumon, de cardiopathies et d’AVC.

Le confort humain relève de l’état d’équilibre entre la chaleur produite et celle dissipée par le corps pour son fonctionnement et dans son environnement immédiat.

Ce confort dans tous les milieux, que l’on soit en intérieur ou en extérieur, au repos ou en activité, est ainsi tributaire de la température, de l’humidité, des états métabolique et vestimentaire, de la vitesse de ventilation et du rayonnement ambiant. Le niveau d’éclairement et la qualité de l’oxygène de l’air influencent aussi le confort dans certains cas. Lorsque la combinaison de ces facteurs ne permet pas d’atteindre le niveau de confort des occupants dans des conditions naturelles, l’énergie est dès lors sollicitée pour les améliorer ; l’énergie électrique est prépondérante dans cet apport.

Si l’expression « air pur » s’entend oxygène avec un minimum d’impuretés, la température et l’humidité de confort varient d’une personne à l’autre et leur combinaison, notamment avec le facteur de la pression et du vent, rajoute des sensibilités supplémentaires.

En général, le corps humain porte une température de 36,7 °C (98 °F) et la plupart des personnes se retrouvent dans leur meilleur confort entre 20 et 27 °C (68 à 81 °F) en température et 20 à 80 % d’humidité, à la pression atmosphérique normale de 1 013 hPa (14,7 psi). Avec, bien entendu, des réajustements permanents de l’une de ces grandeurs lorsque l’autre varie, afin de rester dans la zone du confort humain comme illustrée dans le diagramme psychrométrique de GIVONI ci-dessous.

Il est possible de visualiser la sensibilité des divers paramètres sur le confort humain à l’aide d’outils logiciels parmi lesquels CLIMATE CONSULATANT, un outil en ligne de l’Université de Californie à Los Angeles (UCLA) téléchargeable ici. D’autres outils architecturaux sont disponible sur 2030PALETTE par ici.

L’exposition du corps humain

L’état de contact du corps humain avec l’atmosphère ambiant est capital pour la perception du confort. Il est même instinctif de s’habiller léger lorsqu’il fait chaud et de porter des vêtements épais par temps froid, isolant plus ou moins son corps de l’ambiance changeante, afin de s’en accommoder.

Ce qui est remarquable c’est que le corps humain, qui se retrouve hors de son milieu habituel, va s’adapter aux conditions ambiantes de son nouvel espace au fil du temps.

Les expressions de température ressentie, de refroidissement éolien ou de l’indice Humidex ou de chaleur des annonces météorologiques sont des indicateurs de cette nature subjective du contact de l’air avec la peau. En d’autres termes, au sujet du confort humain, l’on ne devrait pas indiquer une température sans préciser le taux d’humidité dans un espace intérieur ou même l’état du vent si l’on se situe en extérieur.

d’un milieu à l’autre, il convient d’adapter ses habitudes

Les bases de l’écoconstruction

Dans les milieux urbanisés, nous passons la majeure partie de notre temps à l’intérieur des constructions ; soit pour nous loger, soit pour travailler. L’intérieur des constructions est ainsi le lieu de prédilection pour la consommation quotidienne de l'énergie électrique par les usagers. L'état du bâtiment, les équipements qui y sont installés et leur utilisation sont au coeur de l'efficacité énergétique qui vise à réduire notre dépendance énergétique et à faciliter l'accès aux énergies renouvelables.

L’air intérieur est ainsi mis à l’épreuve de la pollution par tout ce qui découle de la consommation de l’énergie, des équipements, des revêtements, du mobilier, des produits chimiques d’entretien et des aérosols de tous genres ; conditions qui mettent l’aération et la ventilation au cœur de la qualité de vie dans ces espaces fermés.

L’architecture de la construction varie selon que l’on se trouve en zone tropicale, en zone sahélienne ou désertique, en zone tempérée ou plolaire. Sa tendance bioclimatique nécessite de considérer notamment son orientation et celle de ses ouvertures, sa structure, sa forme, son isolation, son éclairage et sa ventilation naturels ; toutes données qui dépendent du lieu d’implantation et de la zone climatique.

L’orientation de la construction et de ses ouvertures

Il est courant d’affirmer que « le soleil se lève à l’Est et se couche à l’Ouest », à propos de sujets concernant l’ensoleillement. Mais c’est sous un soleil levant ou couchant que l’on peut indiquer le sens de sa trajectoire et distinguer l’Est de L’Ouest et en déduire le Nord ou le Sud.

L’Est ou l’Ouest, le Nord comme le Sud, dépendent de la position de chacun selon le côté où il se trouve par rapport à l’équateur, c’est-à-dire sa Latitude, et d’un côté ou de l’autre du méridien plus connue sous le nom Longitude. Mais l’Observateur a par exemple besoin de se positionner quelque part au dessus de l’Equateur (Hémisphère Nord) et de se tourner vers l’Hémisphère Sud (notion d’azimut), pour reconnaître que l’Est se situe à sa gauche et l’Ouest à sa droite.

L’implantation d’une construction et ses côtés à ouvrir (portes, fenêtres, baies, etc.) se base sur ces trois données de positionnement pour essayer de recueillir au maximum la contribution naturelle du vent et du soleil au confort intérieur suivant les saisons.

La maison qui est batie proche de l’équateur sera traversée par un soleil pratiquement à sa verticale tandis que celle qui en est éloignée supportera une course solaire par son Sud si elle est dans l’hémisphère Nord ou par son Nord dans le cas contraire. Telles sont les indications à considérer avant d’implanter sa construction afin de profiter :

-        De l’éclairage diurne dans tous les locaux,

-        De la chaleur solaire lorsqu’il fait froid et de l’éviter lorsqu’il fait chaud,

-        Du vent qui renouvelle l’air et diminue l’humidité là où elle est abondante.

Les « bons plans » de la « construction durable » font l’objet de nombreuses études notamment par l’ONU-HABITAT à travers ses nombreuses publications.

La forme et la structure de la construction

La forme à donner à la construction dépend aussi de sa situation géographique. Les climats secs ou humides, chauds ou froids, ou d’une combinaison quelconque de la température, de l’humidité et du vent, renseignent sur la forme à donner au bâtiment qui peut être compact pour limiter les déperditions thermiques ou plus étalées pour faciliter la ventilation et l’éclairage naturels.

La structure de la construction, qui dépend des mêmes critères géographiques ci-avant, peut être légère et suffisamment ouverte pour faciliter la ventilation naturelle en milieu zone tropicale humide ou cotière d’une part, ou épaisse pour une inertie thermique accrue en zone tropicale sèche (sahèl) et en zone tempérée à grand froid (hiver).

L’isolation de la construction

L’isolation thermique et phonique du bâtiment résident dans le choix des matériaux utilisés, lesquels varient d’une région géographique à l’autre avec les particularités du climat qui guident l’architecture de la construction.

Les nuisances sonores sont un des facteurs du confort humain, surtout en milieu urbanisé où des activités de toutes sortes peuvent être menées quelques fois au mépris des règles de voisinage et d’environnement.

Si en bordure d’une route, l’habitant ou plus largement l’occupant d’un local s’attend à supporter le passage de véhicules, il n’en demeure pas moins troubler par le son strident d’un tuyau d’échappement au silencieux défaillant ou de celui d’un engin particulier. L’incidence est augmentée lorsqu’il s’agit d’habitants dans leur logement, en période de repos ou de nuit, les troubles du sommeil contribuant à l’inconfort qui peut nuire à l’activité du lendemain.

L’isolation sonore des constructions mérite les mêmes attentions que les autres corps d’état, avec l’avantage que les mêmes matériaux qui isolent thermiquement le sont aussi acoustiquement.

L’enveloppe de la construction

L’enveloppe de la construction, qui vise à mettre sous abri les occupants et à les protéger contre les intempéries de toutes sortes avant de leur procurer un confort certain, est le premier levier sur lequel il faut agir pour en faire une construction écoénergétique et durable.

Du levé du soleil à l’Est à son couché à l’Ouest, des vents dominants pendant la journée, l’enveloppe de la construction doit isoler suffisamment de la chaleur par temps chaud et du froid lorsque celui-ci survient, tout en permettant à ses ouvertures de laisser passer le maximum de lumière naturelle et le vent nécessaire afin de contribuer au confort intérieur naturellement. Ces précautions, qui doivent être prises à l’implantation du bâtiment, visent à limiter les besoins en moyens artificiels d’éclairage, de ventilation et de climatisation ainsi que notre dépendance de l’énergie ; mais aussi les dégâts que peut causé l’humidité à la construction et à la santé ses occupants.

L’éclairage et la ventilation naturels

L’éclairage naturel est apporté par le niveau de transparence des portes, fenêtres, baies et murs. Il est recommandé d’en avoir un maximum dans tous les espaces afin de réduire le besoin d’un éclairage d’appoint en journée.

Les ouvertures et le niveau de transparence des parois, bien qu’utiles à l’éclairage naturel, doivent bien évidemment rester compatibles avec les exigences en matière d’isolation et d’étanchéité avec l’extérieur. Dans ce cas précis, les rideaux et voiles à l’intérieur, les stores et écrans d’arbustes à l’extérieur, constituent des écrans de protection contre les rayons solaires par temps chaud d’Est en Ouest, très marqué en zone tropicale.

Les outils de simulation et d’aide à l’écoconception

Les outils logiciels de simulation disponibles sont basées pour la plupart sur la norme ANSI/ASHRAE 55 intitulée “Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy” de American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, Inc.

Ces logiciels permettent de se fixer les idées sur les aspects liées à l’écoénergie lors de la conception ou de la rénovations des constructions.

L’on peut trouver quelques uns de ces outils sur le site internet Energy design tools, de l’Université de Californie à Los Angeles (UCLA) avec de nombreux tutoriels. Le module CLIMATE CONSULTANT par exemple, en plus de fournir les données climatiques d’une région, peut aider aux prévisions des productions d’électricité photovoltaïque et éolienne.

L’équilibre par l’énergie électrique

Si en plein air, il est recommandé de s’habiller léger lorsqu’il fait chaud et se couvrir adéquatement par temps froid, ces conseils ne suffisent quelques fois plus à l’intérieur des constructions qui peuvent être plus ou moins complexes selon son les usages. L’énergie électrique dans l’habitat est ainsi mise à en jeu pour l’éclairage, le conditionnement de l’air et l’électroménager,  y contribuant ainsi à l’amélioration du confort et à la préservation de la santé.

L’installation électrique

L’utilisation convenable de l’énergie électrique dans les constructions est encadrée par des normes et des standards nationaux basés pour la plupart sur les recommandations de la Commission Electrotechnique Internationale, CEI (IEC en Anglais), dont la principale porte la référence CEI 60364 et pour titre : Installations électriques à basse tension.

Une installation électrique conforme à ces normes et recommandations vise à renforcer la sécurité des utilisateurs et de leurs biens tout en garantissant la qualité du produit et celle des services qui y sont associés.

La nature dangereuse du courant électrique dans le bâtiment en particulier et dans la construction en général, a contribué à la publication de nombreux guides  d’application des normes internationales parmi lesquels le « Guide de l’installation électrique » publié par Schneider Electric, où les bonnes pratiques, tant en basse tension (BT) qu’en moyenne tension (MT), sont mise en évidence au travers de sites internet dédiés ; pour ne citer que ci peu.

Pour en savoir plus :

Le Guide de l’Installation Électrique de Schneider Electric

L’appareillage électrique d’installation

L’appareillage électrique d’installation désigne l’ensemble des câbles, gaines, fourreaux, appareils de commandes (interrupteurs, disjoncteurs, etc.), prises, douilles, luminaires et tous les accessoires d’installation et de raccordement qui sont aussi soumis à des normes de fabrication et d’installation.

La qualité et la sécurité sont les valeurs attendues de ces composants du bâtiment et de la construction.

L’équipement électrique et l’électroménager

Les appareils pour l’éclairage, la ventilation, la climatisation, le chauffage, le conditionnement d’air et l’électroménager participent à la transformation de l’énergie électrique sous plusieurs formes dans nos milieux de vie et d’activité.

La qualité et la sobriété énergétique sont fortement recommandées dans le choix de ces appareils qui sont plus indiqués pour aider à sauver notre énergie au quotidien  et à contribuer à diminuer notre empreinte carbone en faveur de l’environnement.

Le comptage de la consommation

Le comptage de l’énergie électrique consommée est le seul moyen d’apprécier nos dépenses et de jauger nos besoins. L’appel à la sobriété énergétique est surtout celui de notre porte-monnaie avant d’être notre contribution à la préservation d’un environnement sain et durable.

Le compteur électrique, en évoluant de l’électromécanique à l’électronique et au numérique, a profité des progrès technologiques qui ont transformés le monde industriel au point de devenir, avec l’intelligence qui lui est associée, un véritable mouchard de nos comportements énergétiques.

Au-delà de quelques reproches entendues, le compteur numérique, de plus en plus « intelligent », suit les installations et renseigne l’utilisateur sur touts les aspects de sa consommation.

Les compteurs intelligents (smart meters en Anglais), sont dotés de logiciels embarqués qui, au travers de la plate-forme du Fournisseur d’énergie , permettent aux Usagers plus de transparence sur leur consommation et leur prévisions sur des bases horaires, journalières et annuelles. Avec les applications supportées par nos téléphones (intelligents aussi), ces compteurs sont de véritables outils de prise de décision pour nos choix et de sensibilisation à la sobriété énergétique.

L’exemple du compteur intelligent et des conseils à mieux consommer chez Hydro-Québec : Hydro-Québec résidentiel.

nos publications sur la sobriété énergétique dans les bâtiments

Le ventilateur électrique de plafond

Le ventilateur électrique est une solution abordable pour l’amélioration du confort par la circulation forcée de l’air ambiant avec influence sur la température et sur l’hygrométrie.

Notre vidéo sur YouTube est visible ici.

Les gestes qui sauvent notre énergie au quotidien

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