Qu’est-ce que le rafraîchissement passif ?

Source: The Conversation – in French – By Benjamin Brigaud, Professeur en géologie et géothermie, Université Paris-Saclay

Comment rendre la chaleur à l’intérieur des bâtiments plus tolérable ? On pense volontiers d’abord à la climatisation, mais d’autres approches, à la consommation d’énergie réduite, voire nulle, peuvent également être mobilisées. On parle alors de rafraîchissement passif.

Le rafraîchissement passif s’impose depuis plusieurs années. L’expression désigne l’ensemble des solutions permettant d’abaisser la température d’un bâtiment ou de limiter son réchauffement lors des saisons estivales ou des épisodes de fortes chaleurs, tout en ayant une consommation énergétique réduite, voire nulle.

Les épisodes de canicule, de plus en plus longs et fréquents du fait du changement climatique, nous rappellent que refroidir nos bâtiments n’est pas qu’un enjeu de confort, mais aussi un enjeu de santé publique pour les décennies à venir.

C’est particulièrement le cas dans les régions du globe où les températures dépassent régulièrement 40 °C, ou encore pour les personnes vulnérables comme les personnes âgées, les jeunes enfants ou les personnes malades. Le rafraîchissement peut également être tout simplement nécessaire pour des questions de confort thermique.

Climatiser, pour le meilleur ou pour le pire ?

À l’heure actuelle, le rafraîchissement des bâtiments repose aujourd’hui essentiellement sur l’usage des climatiseurs, qui présentent l’inconvénient d’être très énergivores.

La climatisation estivale d’un logement peut ainsi engendrer un surplus de consommation d’électricité de l’ordre de 15 %. Certes, l’impact carbone de cette consommation reste relativement limité en France, grâce à une production d’électricité bas carbone, mais ce n’est pas le cas dans de nombreux pays. À l’échelle mondiale, le refroidissement représentait 18,5 % de la consommation totale d’électricité du secteur du bâtiment en 2016, contre 13 % en 1990.

En plus de leur forte consommation énergétique, les climatiseurs présentent aussi l’inconvénient de rejeter de la chaleur à l’extérieur, contribuant à l’effet d’îlot de chaleur bien connu dans les villes. À titre d’exemple, à Paris, leur usage estival pourrait être responsable d’une augmentation allant jusqu’à 2 °C de la température extérieure dans certains quartiers.

Les leviers principaux : aération, architecture et urbanisme

Dans ce contexte, les solutions consommant peu ou pas d’énergie (par définition, il s’agit des solutions de rafraîchissement passif) sont de plus en plus recherchées. Celles-ci comprennent une large gamme de pratiques et de dispositifs.

Il existe par exemple des pratiques très simples qui favorisent la ventilation naturelle, comme ouvrir les fenêtres au petit matin pour abaisser la température intérieure de quelques degrés, puis fermer les volets et fenêtres durant la journée afin de limiter les apports de chaleur. Ce premier niveau peut-être actionné facilement, même en l’absence de dispositifs spécifiques.

Les maisons traditionnelles de l’île de Santorin, en Grèce, sont un exemple d’architecture cycladique, avec des bâtiments blanchis à la chaux et une structure traversante (fenêtres sur deux faces opposées) afin de profiter du vent pour aérer et rafraîchir les pièces.
Pexels/Paulo Veloso

La conception architecturale peut également être optimisée afin d’améliorer la ventilation naturelle : par exemple, en orientant les constructions afin de limiter les obstacles à la circulation du vent, en tenant compte de la topographie du milieu (relief, plaine, colline…), ou encore de l’implantation des autres bâtiments alentours.

Il est ainsi possible d’opter pour des architectures favorisant la ventilation naturelle en s’inspirant des constructions traditionnelles, comme les bâtiments en U, ouverts sur les vents dominants, ou les cours intérieures ombragées, équipées de puits fonctionnant comme des cheminées évacuant l’air chaud.

Enfin, on peut réduire l’exposition directe au soleil, par exemple en concevant des rues étroites, comme à Masdar aux Émirats arabes unis.

Le choix des matériaux et de la végétalisation

Certains matériaux de construction naturels, comme le calcaire (et, par extension, les enduits à la chaux) ou la vase, sédiment composé d’argile, régulent efficacement les températures. Ils absorbent l’eau lors des périodes humides ou fraîches (comme la nuit). Cette eau s’évapore pendant une partie de la journée lors de l’augmentation des températures, provoquant un effet de rafraîchissement diurne.

La végétalisation des zones urbaines participe également au rafraîchissement passif et lutte contre les îlots de chaleur. En effet, en plus de faire de l’ombre aux façades, les arbres rafraîchissent leur environnement grâce à l’évapotranspiration. L’eau émise lors de la transpiration des feuilles et son évaporation limitent ainsi l’échauffement de l’air environnant l’arbre.

Il est également possible d’agir sur les vitrages en travaillant les propriétés optiques des verres. Certains verres isolants filtrent des longueurs d’onde spécifiques dans l’infrarouge solaire tout en permettant l’évacuation du rayonnement infrarouge thermique émis par le bâtiment. Les vitrages dits « actifs », capables de modifier leur teinte au fil des saisons, peuvent grandement limiter le réchauffement des bâtiments en journée.

Tirer parti de la fraîcheur du sous-sol avec la géothermie

Une autre solution très efficace est de mobiliser la fraîcheur de notre sous-sol, autrement dit le potentiel géothermique de surface.

À quelques mètres de profondeur, sous les latitudes tempérées, la température du sous-sol reste stable autour de 12 °C toute l’année. Cette fraîcheur est exploitée depuis l’Antiquité avec la technique du puits climatique, aussi appelé « puits provençal », quand il s’agit de refroidir.

Schéma d’un puits climatique.
Ademe-BRGM

Le principe consiste à faire circuler vers l’habitation de l’air extérieur dans une canalisation enterrée entre 2 et 4 mètres de profondeur. L’hiver, l’air transporté se réchauffe de quelques degrés (le sol étant, à cette profondeur, plus chaud que l’air, car moins soumis aux écarts de températures jour/nuit). L’été, le sol reste plus frais : l’air transporté par la canalisation peut ensuite rafraîchir le bâtiment.

Une autre solution de rafraîchissement passif fondée sur la géothermie consiste à capter l’eau souterraine à 12 à 15 °C dans un puits vertical de quelques dizaines de mètres de profondeur, ou à installer dans un forage une sonde géothermique, constituée généralement d’un tube en U contenant un fluide caloporteur. Grâce à un échangeur thermique, la fraîcheur du sous-sol est alors directement transmise au réseau émetteur du bâtiment (plancher ou plafond rafraîchissant, radiateur à eau, ventilo-convecteur, centrale de traitement de l’air…), sans recourir à une pompe à chaleur géothermique. On parle alors de geocooling, ou géorafraîchissement.

Cette méthode est particulièrement performante, caractérisée par des coefficients de performance de 30 à 50. Autrement dit, pour 1 kilowattheure (kWh) consommé par la pompe de circulation, 30 à 50 kWh de fraîcheur peuvent être restitués.

Cet article est publié en partenariat avec la Délégation générale à la langue française et aux langues de France du ministère de la culture.

Benjamin Brigaud est également membre de l’Institut universitaire de France (IUF). Il a reçu divers financements publics, de l’Université Paris-Saclay, de l’Institut universitaire de France, de la région Ile-de-France et de l’Agence nationale de la recherche (ANR-22-EXSS-0011).

– ref. Qu’est-ce que le rafraîchissement passif ? – https://theconversation.com/quest-ce-que-le-rafraichissement-passif-272210