Une maison éco-solaire! Bienvenue  « Lumière du Soleil » !

Vous songez à construire une maison ou à rénover? N'oubliez pas d'inviter le soleil chez vous ! Toutes les  maisons laissent plus ou moins entrer la lumière solaire naturelle. On pourrait même dire que toutes les maisons sont solaires jusqu'à un certain point. Selon l'orientation des fenêtres et des ombrages, l'énergie solaire représente habituellement de 0% à 10% du chauffage des maisons.

Avec une « maison solaire passive », les gains d'énergie solaire ne sont pas le fruit du hasard et la part du chauffage solaire va varier de 20 à 40% des besoins en chauffage. Pour atteindre ce résultat, on  recherchera la pénétration du soleil à l'intérieur de la maison en hiver et tout au long de la journée, apportant plaisir de vivre et énergie gratuite. Dans la mesure du possible, les fenêtres sont orientées du sud-est au sud-ouest, du lever au coucher du soleil hivernal. Afin de mieux répartir l'utilisation de cette énergie gratuite, des matériaux lourds sont mis à profit à l'intérieur de la maison pour accumuler l'énergie solaire pendant le jour afin de la restituer plus tard. Le sous-sol avec sa dalle de béton peut notamment servir à cet effet. On pourra aussi faire couler une nappe de béton sur les autres planchers, recouverte de céramique ou construire un mur de briques à l'intérieur.

Pour le confort d'été, les fenêtres à orientation Est et Ouest sont à éviter car elles laissent entrer plus de rayonnement solaire en été que les fenêtres Sud. De plus, les fenêtres Sud seront ombragées en été à l'aide de surplombs de toitures ou d'ombrières spécialement construites à  cet effet et notamment d'arbres à feuilles caduques laissant passer le soleil en hiver et créant de l'ombre en été. Les masses thermiques servent à emmagasiner la chaleur en hiver, peuvent à l'inverse accumuler la fraîcheur nocturne en été et maintenir ainsi des températures plus fraîches dans la maison.

Une architecture qui met à profit l'exposition au sud

L'orientation solaire de la maison et les  volumes  intérieurs tantôt ouverts, tantôt plus intimes, créent une luminosité remarquable variant avec les saisons et contribuent aussi à réduire fortement les dépenses de chauffage.

L'entrée principale donne souvent accès au centre de la maison tout en préservant l'intimité des autres pièces. Depuis le hall d'entrée on a alors le choix de se diriger directement vers la cuisine, d'aller s'installer dans le salon ou encore d'aller bavarder à la table dans la salle à manger. Un solarium s'intégrant  au Sud dans l'espace intérieur de la maison permettra de jouir de la lumière du soleil et de plantes disposées sur des tablettes de fenêtres en céramique. L'escalier, naturellement bien éclairé, installé au cœur de la maison, pourra desservir l'étage en son centre, éliminant les couloirs et, le cas échéant, le sous-sol idéalement remblayé au Nord et largement fenestré au Sud, permettant une utilisation maximale et agréable de celui-ci. Dans ces conditions, le nivellement du terrain devient lui-même partie intégrante de la conception de maison.

Des coûts de chauffage réduits

Le système de chauffage d'une maison solaire est basé sur les principes suivants :

• minimiser les pertes d'énergie de la maison

• maximiser les apports gratuits d'énergie, surtout solaire

• fournir le chauffage traditionnel pour ce qui reste à chauffer

La réduction des pertes d'énergie s'obtient par la conception d'une maison compacte possédant une surface de murs extérieurs minimale pour une surface de plancher maximale. Une bonne isolation réduit les pertes d'énergie à travers l'enveloppe de la maison et une ventilation avec récupération de la chaleur permet de renouveler l'air de la maison tout en récupérant la chaleur de l'air vicié rejeté à l'extérieur.

Dans les maisons éco-solaires, des valeurs isolantes élevées sont prévues dans les murs (R-35), dans les plafonds (R-65) et sous la dalle de béton du sous-sol ou du rez-de-chaussée (R-10 ou R-20 avec chauffage radiant). Les matériaux utilisés contiennent un pourcentage élevé de matières recyclées et sont exempts de formaldéhyde comme la cellulose (papier journal recyclé) ou la laine de verre de dernière génération. Le cas échéant, des panneaux en polystyrène expansé adéquats sont utilisés sous les dalles de béton et à l'extérieur des murs pour empêcher le passage direct de la chaleur au travers de l'ossature de l'enveloppe.

L'augmentation des apports gratuits d'énergie solaire s'obtient en invitant le rayonnement solaire au travers des surfaces vitrées. Des masses thermiques pourront accumuler les surplus de chaleur solaire diurne pour les restituer plus tard dans la soirée. Pour pouvoir disposer l'essentiel des fenêtres vers le Sud (±45º), il faut prévoir un aménagement intérieur des pièces utilisées le jour du côté Sud de la maison. Les pièces nocturnes et les pièces techniques pourront alors êtres disposées plus vers le Nord où elles pourront jouer le rôle d'espace tampon. Ces dernières peuvent en effet être maintenues à une température inférieure aux autres et perdront alors moins de chaleur vers l'extérieur, protégeant par le fait même les espaces diurnes. Un espace tampon particulier est constitué par une serre ou un solarium annexés à la maison.

Enfin un chauffage classique efficace pourra venir combler le restant des besoins en chauffage de la maison,  soit  à  peu  près  le  tiers  de  ceux-ci.  Une maison éco-solaire de taille moyenne bien pensée  pourra facilement être chauffée à l'électricité pendant tout l'hiver pour un montant d'environ $500.

Serres et solariums intégrés

En général, dans une maison solaire passive, des fenêtres orientées vers le sud laissent entrer les rayons solaires en hiver et contribuent ainsi au chauffage de la maison. Un autre moyen de profiter des bienfaits du soleil est de prévoir un solarium ou une serre intégrés à la maison. Une serre et un solarium sont des concepts bien différents : une serre est utilisée principalement pour cultiver des plantes, tandis qu'un solarium sert surtout à relaxer au soleil pendant la saison froide.

Avec une serre ou un solarium, nos longs hivers nous sembleront plus agréable et plus courts. En plus nous pourrons diminuer les coûts de chauffage de la maison en utilisant l'énergie solaire      captée dans ces espaces. Saviez-vous que  par  -25ºC  extérieur, on peut  obtenir facilement +25ºC dans une serre uniquement avec le soleil ! Ou lorsqu'il fait -34ºC à l'extérieur, à 6 heures du  matin, la température de la serre peut être de -5ºC sans chauffage. C'est ce que j'ai relevé au cours du mois de janvier dernier. Dans ces conditions,la maison perd beaucoup moins de chaleur par le mur adjacent à la serre.

La serre intégrée

 Dans une serre intégrée à la maison, on voudra surtout cultiver des légumes, des fleurs et peut-être des fruits. On pourra bien sûr aussi y aménager d'autres coins, comme un espace pour s'asseoir ou bac à sable pour les petits.

Une serre est un réel plaisir ceux qui aiment cultiver. Au lieu d'être restreinte au jardinage extérieur du mois de mai à septembre, une personne pourra s'y adonner aussi pendant une bonne partie de l'hiver et au printemps à l'intérieur. Pour pouvoir profiter de ce plaisir, il faudra quand même suivre quelques règles dans la conception de la serre.

En général, les plantes que l'on cultive en serre ont besoin de lumière solaire directe. C'est pourquoi le vitrage d'une serre se trouve au moins partiellement au-dessus des plantes. Dans le but de profiter du rayonnement solaire en hiver, le vitrage principal sera orienté plus ou moins vers le sud et pour minimiser les pertes de chaleur, les murs latéraux devraient être isolés, ce qui n'empêche pas d'y poser une porte ou une fenêtre.

Si toutes les plantes aiment plus ou moins la chaleur, certaines supportent mieux le froid et même le gel. Il faudra quand même se méfier d'un excès de chaleur. Dans certaines conditions, par manque de ventilation par exemple, la température dans la serre peut s'élever jusqu'à 50ºC à cause du soleil mettant alors les plantes à mal. Il faut donc pouvoir évacuer le surplus de chaleur, soit directement vers l'extérieur et ventiler la serre, soit récupérer la chaleur grâce à un stockage d'énergie ou peut-être laisser circuler l'air de la serre directement dans la maison. En général on cherchera d'abord à accumuler le surplus d'énergie directement dans la serre si celle-ci est cultivée en hiver afin que la chaleur dégagée profite directement aux plantes pendant l'absence du soleil. À cet effet, des matériaux lourds à l'intérieur de la serre ou du sous-sol lui-même aideront ici aussi à accumuler le surplus de chaleur solaire.

Dans une maison solaire passive, le but est notamment d'économiser l'énergie. On veillera donc à minimiser le chauffage artificiel de la serre. À cet effet, on pourra y cultiver en pleine terre des légumes qui supportent le froid et même le gel en hiver. Au printemps, la température moyenne y sera naturellement plus élevée et on pourra y faire les semis de plants à transplanter à l'extérieur par exemple. En été on pourra s'adonner à la culture de plantes aimant la chaleur, comme certaines fleurs, des tomates, concombres, melons ou ... des vignes.

Le solarium

Le solarium est un espace de vie en relation étroite avec la maison, dans lequel on retrouvera peut-être une table, des chaises et quelques plantes. On y recherche lumière naturelle et chaleur, mais aussi confort.

Pour des raisons de confort et d'économie d'énergie, l'enveloppe du solarium sera réalisée surtout à l'aide de vitrages verticaux orientés plus ou moins vers le sud, avec une toiture opaque et isolée. En effet, pendant la saison froide, le soleil étant bas sur l'horizon, le rayonnement solaire pénètrera profondément à l'intérieur du solarium grâce aux vitrages verticaux, apportant lumière naturelle aux occupants et énergie gratuite pour la maison. D'autre part, en été, le soleil étant haut dans le ciel, les vitrages verticaux du solarium seront facilement gardés à l'ombre et le solarium au frais, grâce à des surplombs de toiture par exemple.

Dans la mesure où nous voudrions utiliser le solarium même après le coucher du soleil, il serait bon d'y installer des masses thermiques; c'est-à-dire  des matériaux lourds et de l'eau qui sont capables d'absorber le surplus de chaleur solaire du jour pour pouvoir en profiter plus tard, le soir ou la nuit. En parlant de matériaux lourds, on peut penser à un plancher en béton recouvert on non de céramique foncée pour absorber le rayonnement solaire, à un mur et plancher de briques ou de pierres. Ici comme ailleurs, il est facile, une fois le principe compris, de laisser aller son imagination.

Afin de diminuer les coûts de chauffage de la maison, l'air chaud du solarium pourra circuler au travers de celle-ci, tout en déchargeant son surplus d'énergie au contact avec les matériaux intérieurs de la maison.

Comme le solarium présente une grande surface vitrée, les pertes de chaleur seront plus élevées en hiver à travers le vitrage. Pour cette raison, on ne devrait pas le chauffer artificiellement ou alors au minimum pour sauvegarder des plantes. De plus, en l'absence d'ensoleillement, il faudra pouvoir séparer le solarium du reste de la maison, notamment, à l'aide de portes sans doute vitrées. Dans ces conditions la température pourra descendre très bas dans le solarium sans pour autant compromettre le confort du reste de la maison tout en économisant l'énergie. De toute façon, au retour du soleil, on pourra de nouveau profiter de cette pièce, donnant l'illusion d'être sous les tropiques au beau milieu de l'hiver Québécois.

Dans une maison solaire passive, on recherche le plaisir apporté par la lumière naturelle du soleil, avec en prime une économie substantielle d'énergie non renouvelable. Une serre intégrée et un solarium permettent de profiter du soleil, l'un pour la culture de plantes, l'autre plus pour la relaxation, tout en participant à la conservation collective de l'énergie. Une maison éco-solaire efficace dans son aménagement intérieur, intègre des matériaux sains favorisant une qualité de vie inspirante.

Une maison éco-solaire pour vous?

Luc Muyldermans
Ingénieur avec formation en architecture