Optimisation des gains solaires passifs d’un chalet avec CK Architecture
Le projet d’un chalet en Valais, de l’atelier Catherine Kössler Architecture, nous a été confié pour un calcul d’optimisation des gains solaires passifs, avec pour objectif de réduire la consommation d’énergie pour le chauffage. Une première analyse a montré que le chalet était bien implanté, mais qu’il était possible d’optimiser les gains solaires par quelques modifications dans la taille et la situation des fenêtres sur les façades. Ceci a été réalisé grâce à des calculs précis d’ensoleillement et d’ombrage qui tiennent compte des obstacles (montagnes, l’inclinaison du terrain ou encore la végétation existante). Le but de cet article est de présenter notre démarche et l’influence des calculs sur le projet final.
Situation du chalet
Le terrain est situé à Mâche, dans la vallée d’Hérémence, en dessous du barrage de la Grande-Dixence. Le site, est bordé à l’est et à l’ouest par des sommets et au sud par la vallée montante (dégagements latéraux nord-sud). Le soleil joue avec ces reliefs tout au long de la journée. Au pic de l’hiver, le soleil ne surmonte le relief qu’aux alentours de 11h pour disparaître derrière un autre relief vers 14h30 (15 décembre-15 janvier) mais très vite dans l’année, il gagne de l’altitude et surpasse les sommets pour être présent presque toute la journée le plein été (7h à 18h30).
Le diagramme de la course du soleil évalue l’influence des montagnes sur le site en fonction de la position du soleil au cours de la journée et au fil des saisons. Le soleil est repéré par son azimut (Nord-Est-Sud-Ouest) et son altitude angulaire (0 à 90 °). Les montagnes sont représentées sous la forme d’un masque. Si la course du soleil se trouve confondue au masque des montagnes, cela signifie que le soleil est caché. Le masque des montagnes joue un rôle non négligeable dans l’ensoleillement. On voit que le mois d’hiver le moins ensoleillé, le soleil est visible de 11 à 14h30, alors qu’il se lève vers 8h30 et se couche à 16h50. En été, il est visible de 7h à 18h30 alors qu’il se lève à 5h50 et se couche à 21h20. Mais n’oublions pas que le Valais est le canton ayant le plus de jours de soleil et que le masque des montagnes n’enlève rien à la lumière diffuse.
Fig. 1 – Diagramme de la course du soleil.
En hiver et durant la période de chauffe en général, nous devons travailler sur l’optimisation des gains solaires et garder la surface du vitrage prévue dans le projet. Par contre, on peut encore améliorer ces gains par une position plus ciblée des fenêtres sur les façades les plus exposées. Il s’agit donc de savoir quelles façades ou parties de façades sont les plus exposées au soleil.
Suneye, ou la vue du soleil
Suneye, ou la vue du soleil, est une technique qui permet d’identifier les parties du bâtiment qui sont les mieux exposées au soleil. Elle consiste à voir le bâtiment depuis la position du soleil. Avec cette représentation, toutes les parties visibles sont exposées au soleil, et toutes les parties cachées sont ombragées.
Fig. 2 – Suneye, ou vue du soleil pour le 21 décembre (solstice d’hiver).
La figure ci-dessus montre le Suneye correspondant au 21 décembre (solstice d’hiver). Le Suneye montre que la façade Sud (voir boussole sur le toit) reste exposée durant chaque heure de la journée, malgré la présence d’un balcon et des avant-toits. En revanche, les autres façades sont beaucoup moins exposées, à part une portion de la façade Est, qui reste exposée pendant 2 heures. Le Suneye donne donc une première indication sur la manière de modifier la répartition des fenêtres : les fenêtres de la façade Sud pourraient être largement agrandies tandis que les autres fenêtres pourraient être réduites. Il est à noter que cette conclusion est propre à la configuration du site. Si le site était moins ombragé par les montagnes, les fenêtres des façades Est et Ouest auraient pu également obtenir plus de gain.
Répartition sur les façades de l’ensoleillement direct
L’aperçu qualitatif donné par Suneye peut être confirmé par une analyse quantitative de répartition de l’ensoleillement direct. On calcule combien de temps par jour chaque portion de l’enveloppe est exposée au soleil. Le calcul est effectué pour trois journées types : à l’équinoxe de printemps (21 mars), au solstice d’été (21 juin) et au solstice d’hiver (21 décembre).
Fig. 3 – Répartition de l’ensoleillement direct.
Sur la figure ci-dessus, la façade Sud se distingue très nettement des autres façades. En hiver, elle est la seule façade à être exposée durant toute la journée, malgré la présence d’un balcon et d’un avant-toit. Elle est en même temps bien ombragée en été car le soleil, beaucoup plus haut en été, est bloqué par le balcon et l’avant-toit. Ainsi, la taille des fenêtres de la façade Sud peut être augmentée pour améliorer les gains solaires, et cela n’engendrera pas de surchauffe grâce à la configuration du balcon et de l’avant-toit. En revanche, la surface vitrée des façades Nord et Ouest doit être réduite, car ces façades sont très peu exposées.
Modification de la taille et de la position des fenêtres
La taille et la position des fenêtres ont donc été revues à la lumière de cette étude. Les figures ci-dessous montrent quels changements ont été opérés sur les façades Sud et Nord.
Fig. 4a – Modification de la surface de vitrage en façade Sud.
Fig. 4b – Modification de la surface de vitrage en façade Nord.
A propos de Catherine Kössler Architecture
L’atelier CK architecture, situé à Chambésy, cherche à intégrer ses projets d’une manière naturelle et avec le respect de l’environnement (matériaux, couleurs, formes détails pré-existants….). Cette recherche d’harmonie avec la nature passe également par un travail sur l’efficacité énergétique. Les projets de CK Architecture exploitent ainsi systématiquement toutes les techniques d’architecture climatique applicables.