Mémoire/Thesis Baptiste Guastavino by BaptisteGuastavino

École spéciale d’architecture (ESA), Paris.

Avril 2016

L’habitat humain, une enveloppe protectrice - L’écologie, l’économie, la durabilité, l’efficacité -

- Mémoire de diplôme d'architecture présenté par Baptiste GUASTAVINO, Directeur de diplôme Stéphane BONZANI avec Serge JOLY

Remerciements En premier lieu, je tiens tout particulièrement à remercier mes professeurs de diplôme, Stéphane Bonzani et Serge Joly qui m’ont soutenu est ont contribués à l’élaboration de mon mémoire. Mes remerciements vont aussi à Christian Delécluse, Jean Jacques Hubert, Laure Celeri, Hans-Walter Müller, Larry Hately, JeanFrançois Alibert, Antoine Santiard et Juan-Luis Morales pour leurs conseils et le temps qu’ils m’ont consacré. Je remercie également ma famille et mes amis pour leur soutien et leurs critiques qui m’ont été précieuses pour la réalisation de ce mémoire.

AVANT PROPOS:

Philosophie générale et approche Les travaux contenus dans ce document permettent une compréhension des origines de l'habitat, des composants principaux et de leurs rôles protecteurs. En tant que futur architecte, je devrai mesurer le poids de mon impact environnemental et social. C’est pourquoi je recherche une architecture qui participe à trouver des alternatives efficaces, durables, économiques et écologiques. L'architecture reflète son époque et sa civilisation et actuellement, nous tendons à trouver des solutions pour limiter notre impact d'émission en Co2, pour protéger la faune et la flore et diminuer notre consommation excessive de matières premières. Ce mémoire examine quelques-unes des pistes qui pourraient prendre ces points en compte et engendrer une architecture légère. L'hypothèse est qu'il est possible de formaliser une enveloppe protectrice performante et adaptée aux climats hostiles ( contraintes identifiées en haute montagne méditerranéenne ), avec très peu de matière transformée, sans mettre en péril le milieu d’accueil et les ressources nécessaires à l'avenir des humains.

Plan du mémoire

p.9 Introduction p.11 I-L’enveloppe protectrice de l’habitat,une

préoccupation ancienne dont les conditons évoluent

p.11 p.17 p.19

I.1. I.2. I.3.

p. 21

I.4.

p.29

I.5.

p.31

I.6.

p.35

I.7.

p.39 p.41

I.8. I.9.

Approche historique Evolution de l'habitat aujourd'hui La conception de l’enveloppe protectrice de l’habitat Quelles sont les couches protectrices, à quoi servent-elles et comment les mettre en place? Principaux facteurs à considérer pour analyser un isolant : bilan écologique (émissions CO2) et performance thermique Comment mesurer le potentiel d'isolation thermique d'un matériau? Les matériaux isolants sur le marché et l'industrie des bâtiments Nous devons changer nos modes de constructions Calculer nos dépenses énergétiques

p.45 II - L’enveloppe protectrice de

l’habitat, un enjeu majeur de l’architecture

p.47

II.1.

L’intérêt de se référer aux enveloppes naturelles pour déterminer les types d’enveloppes protectrices de l’habitat.

p.53

II.2.

La pratique des enveloppes protectrices par l’habitat vernaculaire 1. L’igloo, habitat de neige 2. la Yourte, habitat des nomades d’Asie centrale 3. Le Tipi, habitat des Sioux

p.61 p.61 p.64 p.67 p.71

II.3.

p. 77

II.5.

L’enveloppe protectrice de l’habitat contemporain 1. Le Super adobe de Nader Khalili 2. L’Earthship de Michel Reynold 3. Des contre exemples Les objets conçus comme des enveloppes protectrices La terre et l’air, éléments matériels essentiels pour l’enveloppe protectrice de l’habitat 1. La terre 2. L’air Conclusion (du deuxième chapitre) : L’enveloppe protectrice est elle adaptée à ses utilisateurs?

p.53 p.55 p.56

p.77 p.83 p.87

II.4.

p.91 III-L'enveloppe protectrice de l'habitat,

un sujet propice aux innovations technologiques et architecturales

p.93 p.99 p.102

III.1. Présentation conclusive des points essentiels du

projet de l’habitat comme enveloppe protectrice en milieu hostile III.2. Projet dans un milieu hostile: le Monte d’Oro (Corse) III.3. Bibliographie

Introduction Le souci de se protéger des intempéries et des menaces de toutes sortes et même, tout simplement, de vivre le plus confortablement possible, a conduit les humains à se préoccuper, de tout temps, de leur habitat. Passer du simple abri à l'habitat est une marque de l'humanisation. A la différence des humains, les animaux sont adaptés aux milieux naturels qui les accueillent sur la terre sous réserve des conséquences des activités humaines sur les écosystèmes. Pour vivre, comme le montrent tant de situations de détresse de nombre de nos contemporains, l'exigence d'un habitat est essentielle pour les humains : c'est la marque de notre inadaptation à vivre sans protection dans le monde naturel. Cette exigence d'une ''enveloppe protectrice'', qui a largement dû déterminer la sélection naturelle au cours de millénaires, a été satisfaite très diversement et inégalement. Depuis l'origine des temps nous sommes passés de l'utilisation des matériaux que nous avions ''sous la main'' à la situation contemporaine d'urbanisation industrialisée de l'habitat. Dans le présent nous restons confrontés aux questions de l'isolation, de l'énergie, des matériaux naturels, des matériaux transformés(...)..., qui conditionnent la réalisation de l'habitat comme une véritable enveloppe protectrice adaptée aux situations diverses de la vie des humains. Ayant perdu des savoir-faire (cf. les travaux de la Mission du patrimoine ethnologique), mais ayant acquis des capacités matérielles et technologiques sans précédent, nous devons aujourd'hui nous interroger sur la dimension humaine, économique et écologique de l'habitat comme enveloppe protectrice. Telle est, maintenant, l'injonction de la société contemporaine à l'égard de ceux qui doivent trouver des solutions pour satisfaire aux besoins et aux demandes de la population du XXIe siècle. En effet l'augmentation considérable de la population mondiale, les effets des changements climatiques, la multiplication des catastrophes naturelles, la pauvreté,...font de ce sujet une question de grande actu-

alité qui reste peu étudiée pour limiter les impacts du développement de l'habitat (matériaux utilisés, risque de ''planète poubelle'', etc.) liés à notre croissance. Pour tenter d'y voir plus clair et de proposer des pistes d'action ce mémoire s'appuie, partiellement, sur le projet ''Expérimentation de l'enveloppe protectrice de l'habitat sur un terrain hostile : le Monte d'Oro en Corse''. Sans se limiter aux conditions géographiques et géopolitiques particulières de cette expérience le mémoire se posera la question de la transposabilité des solutions mises en œuvre. Délibérément, et dans le prolongement du travail de terrain, le mémoire sera également fondé sur une approche architecturale circonscrite à un espace humain réduit. Mais, toujours animé par le souci de la transposabilité, le mémoire s'attachera, autant que faire se peut, à dégager des points communs avec les autres sortes d'habitats.

-L’enveloppe protectrice de l’habitat,une préoccupation ancienne dont les conditons évoluent 1.1. Approche historique

Au fil du temps l'architecture a constamment évolué selon nos modes de vie, nos besoins et les moyens disponibles. Pour comprendre l'architecture à l'échelle d'une habitation, il faut se souvenir des différentes étapes qui ont abouti à sa forme et sa fonction contemporaine. Les techniques de construction et les matériaux ont varié en fonction des climats, des topographies et des facteurs anthropologiques de chaque lieu. Au tout début de la période préhistorique, nous n'utilisions pas ou peu de matières premières pour bâtir mais plutôt des outils pour aménager et creuser des habitats troglodytiques (des espaces souterrains ou creusés dans le rocher à flanc de montagne) dans des roches sédimentaires. L'habitat a évolué au cours des siècles.

Au début de la préhistoire, nous étions des nomades. Les hommes se déplaçaient pour survivre. Ils occupaient un espace tant qu'il suffisait aux besoins de leur groupe. En fonction des saisons et de la migration des animaux sauvages l'homme s'adaptait en cherchant et en occupant le terrain le plus propice. Ce terrain été occupé transitoirement, tant que les ressources restaient suffisantes pour vivre dans un environnement stable ou prospère. Il y avait deux options : s'abriter dans les grottes ou habiter une structure faites de branchages, d'ossements et de peaux de gibier. Il est rare de trouver une succession de grottes qui pouvaient abriter une large tribu et souvent ces espaces étaient occupés par des bêtes sauvages. Ceci impliquait donc un conflit pour l'espace qui représentait à la fois un danger et une opportunité de nourriture et d'abris si les hommes l'emportaient sur les animaux. Dans ces conditions primitives l'homme a dû apprendre à construire rapidement une structure et à développer des techniques pour creuser dans la roche pour installer un habitat qui l'abritait des intempéries et des animaux sauvage. Comme les grottes n'étaient pas toujours adaptées pour loger une population en augmentation, les humains, dans leur quête de survie, ont continué à développer leurs techniques de construction. 11

Avec le temps l'homme a réussi à sécuriser des terrains ; il vivait plus longtemps et pouvait se projeter plus loin dans l'avenir. Il a commencé, il y a environ 12000 ans, à développer un style de vie sédentaire. Au lieu de se déplacer vers la nourriture il a mis en place l'élevage, lui garantissant de pouvoir se nourrir. C'était le début de l'élevage pastoral et de l'agriculture. A ce moment des agglomérations d'hommes se regroupaient pour former des villages. La domestication de certains animaux a permis aux sociétés encore primitives de se développer économiquement et socialement. Les villages s'organisaient en maisons à base ronde, souvent des demi sphères ou des formes coniques faites de bois, de feuillage, de terre et de peaux d'animaux. Ces habitations apportaient de la sécurité et de la chaleur grâce à deux options de chauffage : un feu installé au centre de la pièce réchauffait et éclairait l'espace ou alors, un partage de l'espace avec les animaux produisait la chaleur naturelle. Les maisons n'étaient pas encore équipées de fenêtres mais elles avait souvent deux ouvertures : une pour l'accès à l'habitation et l'autre au sommet de la construction pour la ventilation. Le regroupement des humains a facilité leur survie et a favorisé l'augmentation de la population. De nouveaux défis ont alors émergé pour l'habitat protecteur. Il a fallu trouver des solutions pour loger beaucoup d'habitants en un même lieu. Dans l'Antiquité, des villages se transformaient en villes. Une organisation a pris forme pour disposer les maisons les unes contre les autres en traçant les premières rues. Ce changement aura lieu dès les années -3500 avant notre ère dans nombreux sites qui bordent la méditerranée (Égypte, Mésopotamie,...).

Les maisons des plus fortunés ont eu tendance à devenir carrées. Les matériaux étaient préfabriqués et transportés pour être assemblés sur place. La pierre taillée, la brique et la tuile permettaient de créer des espaces plus grands et plus confortables. Ces maisons possédaient des espaces spécialisés : chambres, salon, cuisine, toilettes et même bain/ piscine. Ces espaces couverts ou à toit ouvert étaient décorés avec du marbre, des fresques et de la mosaïque. Cette révolution urbaine a suscité le développement de plusieurs techniques pour améliorer le confort comme le système hypocauste de chauffage par le sol.

Pour les moins fortunés les conditions de confort s'amélioraient plus lentement et l'essentiel restait de se protéger des intempéries pour abriter les humains, les récoltes et les animaux. Les murs des maisons étaient en torchis et le toit de paille était soutenu par une charpente en bois. Les hommes et les bêtes continuaient à cohabiter pour partager leur chaleur et le foyer était maintenu au centre de l'habitation. Les greniers ont été créés pour protéger les récoltes de l'humidité et des prédateurs. Plus tard notre espace géographique est entré dans la période du Moyen Âge. Les habitations, dont la robustesse était douteuse, se sont multipliées et ont été entourées. Les châteaux s’élevaient et s’entouraient de remparts pour protéger seigneurs et vilains des attaques et des invasions. Les échanges se multipliaient et près des fleuves ou des carrefours les lieux propices grandissaient devenant des bourgs ou des villes plus importantes protégées des invasions derrière leurs murailles. Le centre de la ville contenait des espaces publics: marché, beffroi, places... et des monuments religieux. La richesse des villes a augmenté et attisé la convoitise. Le développement de leurs activités marchandes et de l'artisanat a fortement contribué à l'aménagement urbain et au développement social et économique du monde humain. Les paysans et les habitants des villes, artisans, marchands, clercs... fournissaient la main d’œuvre et les ressources tandis que les nobles étaient chargés de la sécurité. Progressivement l'habitat urbain s'est développé en hauteur avec des constructions allant jusqu’à quatre étages. En effet l'espace en ville commençait à manquer. L'habitation de ville se composait habituellement d'un rez-de-chaussée en pierre, de façades à pans de bois, de poutres de bois ainsi qu'une charpente dite à colombage. Chaque étage débordait le plus souvent de l’étage inférieur.Ce type de construction en encorbellement permettait de gagner un peu d'espace à chaque étage tout en protégeant les façades en contre bas du ruissellement des eaux de pluie (cause importante de la dégradation du bois). Ce nouveau style s'est développé au début du XIVe siècle pour échapper aux taxes déterminées par la surface au sol de l'habitation et pour des raisons esthétiques. Ceci agrandissait les habitations mais diminuait l'éclairage naturel des rues et favorisait les maladies car l'air circulait mal. L'habitation se divisait en deux parties dans la plupart

des cas. Le rez-de-chaussée était réservé au commerçants ou artisans et les étages supérieurs à l'habitat. Les vitres/vitraux (apparaissaient) vont apparaître pour les maisons des plus riches et les édifices publics ou religieux. Les habitations paysannes étaient construites avec une ossature en bois complétée par un remplissage de torchis et un toit en chaume. Le sol était en terre battue et le foyer a été progressivement remplacé par une cheminée. L'habitation avait évolué en hauteur, elle pouvait maintenant comprendre deux étages avec du plancher sur le sol et des échelles. Cette structure avait des fondations et un soubassement en pierre de taille chez les plus riches. Ceci pour obtenir une construction plus durable qui permettait de protéger le bois et le torchis de l'humidité qui s'accumule dans les sol. Les ouvertures devenaient plus nombreuses et des volets permettaient de gérer la lumière et la circulation de l'air. Progressivement la cohabitation entre les hommes et les animaux, source de chaleur, disparaissait en ville. A la Renaissance il était important, pour montrer son pouvoir, de bâtir des bâtiments avec plus de confort, également décorés de larges ouvertures, peintures, sculptures... La symétrie, les proportions et les matériaux étaient bien maîtrisés pour construire des résidences d'agrément et de prestige. L'influence architecturale de l'Italie se propageait en Europe. Les colonnes romaines étaient revenues, les fenêtres en ogive devenaient de plus en plus larges, les façades étaient quadrillées et alignées, les arcs-boutants fleurissaient et les bâtiments s’élançaient de plus en plus haut. Cette période de redécouverte de la littérature, de la philosophie et des sciences de l'Antiquité a apporté un nouveau confort qui profitait surtout à la classe aisée. La bourgeoisie cherchait à utiliser les acquis technologiques et artistiques pour transformer les villes (en œuvre culturelle). Les maisons étaient construites en pierre, les vitres se généralisaient et les style d'architecture ainsi que le mobilier se complexifiaient. Les bâtiments et la population des villes étaient denses et l'espace personnel commençait à manquer pour la majorité des occupants. Ceci a conduit à la suppression d'espace dans la maison où plusieurs activités ont été regroupées dans la même pièce (p.ex. Il n'y a plus de salle a manger, les repas sont pris dans les chambres a coucher). 14

La densité des bâtiments dans les villes a occasionné les ravages des incendies qui se propageaient facilement. Pour éviter au maximum

ces catastrophes dans les campagnes, les différents espaces (fournil, grange, étable, chambre...etc.) ont été divisés en plusieurs bâtiments afin de limiter les dégât potentiels. L'architecture des châteaux faisait oublier leur fonction défensive au profit d'un traitement raffiné influencé par l'architecture italienne. A partir du XIXe siècle la révolution industrielle a produit des matériaux de construction en masse et réduit le rôle des artisans. Il fallait maintenant des solutions efficaces et peu chères pour loger tout le monde, si possible à proximité des lieux de travail pour éviter les pertes de temps. La maitrise du ciment, de la brique et de l'acier a permis une rapide croissance des logements dans un espace réduit. Les plans des villes ont été retracés (Cf. le baron Haussmann à Paris), des réseaux d’égouts ont été installés et la ville s' est organisée par thèmes ou activités (création des parcs, des grandes avenues et des zones de divertissement). Peu a peu les classes sociales se sont adaptées au nouvelles technologies comme l'ascenseur , ce qui a incité la bourgeoisie à inverser l'occupation des immeubles en préférant les étages élevés pour profiter de la luminosité et de la vue. A la campagne, l'habitat ne changeait pas sauf dans le cas d'expansion de villes proches. Mais les équipements sanitaires restaient quasiment inexistants et les nouveaux matériaux y étaient utilisés avec retard. Au cours du XXe siècle les villes ont continué à s'agrandir avec des systèmes de construction toujours plus rapides et moins chers pour loger une population croissante. C'était, visiblement, l'ère de la modernité illustrée par des moules verticaux démultipliés à l'identique pour loger les milliers de famille en périphérie, la naissance des cités découvrant un certain confort : eau courante, sytème sanitaire efficace et performant,electricité,chauffage central, larges fenêtres, mais dont on a bientôt découvert les insuffisances impactant les conditions de vie : hauteurs sous plafond insuffisante, mauvaise isolation thermique et sonore, absence de qualité architecturale, sauf rares exceptions Le Corbusier par exemple. Ces changements relatifs au confort n'ont que progressivement atteint la campagne. Ceci a amplifié l’exode rural, les paysans quittant la campagne pour trouver du travail et une vie moins contraignante .Mais à la fin du XXème siècle les conséquences de cette évolution (coût des loyers et de la vie dans les villes, difficultés de transport , temps perdu, etc.) ont conduit de nombreux foyers à devoir se reloger de plus en plus à l’extérieur de la ville.

Ce rapide panorama historique européen révèle que l’exigence d’une enveloppe de plus en plus protectrice, notamment par la recherche du confort, est prise en compte par les hommes au fil des générations. De nos jours, au XXIe siècle, la question de l'habitat reste hypersensible et soumise à des évolutions qui doivent prendre en compte les manques et les insuffisances constatés dans nos habitats modernes. Avant de poursuivre les recherches qui vont aboutir à une proposition d'enveloppe protectrice, nous devons partir d'un exemple concret pour en mesurer les contraintes. Le site choisi et analysé est celui du ''Monte d'Oro'', une montagne située en Corse. Ce site est utilisé comme base départ pour les recherches car il présente de nombreuses contraintes climatiques hostiles qui permettent d'envisager une conception d'enveloppe protectrice adaptée aux difficultés naturelles rencontrées sur la majorité des territoires arpentés et habités par l'homme.

1.2. Evolution de l’habitat aujourd’hui

Actuellement nous sommes dans une époque où nous voulons améliorer la situation écologique mais nous sommes contraints de favoriser les options les plus intéressantes sur un plan économique. Les choix matériels qui vont constituer l'enveloppe protectrice seront déterminés par cinq facteurs principaux : le prix, la performance du matériaux, l'éventail de possibilités architectoniques, l'accessibilité aux produits et la durabilité. L'équilibre écologique étant plus difficile à étudier et maîtriser. Pour pouvoir rivaliser avec les matériaux de synthèse bon marché nous devons développer des alternatives plus abordables, plus performantes et plus facilement accessibles. Cette étude du site nous donne une idée des contraintes que l'enveloppe doit supporter. Pour approfondir notre connaissance et proposer une réponse plus pertinente, nous devons continuer cette exploration en analysant les facteurs extérieurs quotidiens pour prendre en compte ces contraintes.

1.3. La conception de l’enveloppe protectrice de l’habitat

L’environnement entraîne dégradations et instabilité dans nos constructions. Les changements subis par une construction sont la corrosion et la décadence de matériaux causées par les facteurs physiques extérieurs ( rayonnement ultraviolet, humidité et frictions causées par le mouvement d’éléments naturels sur une construction) et les catastrophes naturelles (p.ex tremblement de terre). Les causes majeures de mouvement sont l’expansion et la contraction (changement thermique), les vibrations du sol qui peuvent engendrer des mouvements du sol et fragiliser les fondations qui y sont ancrées et les mouvements liés aux rafales de vent. Pour ralentir la dégradation d’une paroi (qui sépare l’intérieur de l’extérieur), il faut placer les couches protectrices dans le bon ordre pour optimiser l’enveloppe protectrice et lui permettre d’être durable. Pour limiter l’impact de l’environnement qui apporte une adaptation (non voulue) des matériaux de construction, il semblerait qu’il faille tout d’abord favoriser les formes aérodynamiques qui empêchent le contact prolongé du vent et de l’eau sous toutes ses formes et utiliser des systèmes de mise en forme qui permettent une certaine souplesse face aux éléments physiques.

1.4. Quelles sont les couches protectrices, à quoi servent-elles et comment les mettre en place? Il y a cinq barrières environnementales à prendre en compte pour que le bâtiment soit performant dans son contexte: Il faut contrôler la pluie, le mouvement de l’air, la vapeur (l’humidité), les mouvements thermiques ( régulation) et l’impact du rayonnement solaire. Le contrôle de ces éléments est obtenu grâce à l’utilisation de matériaux qui ont les propriétés pour maîtriser les éléments qui interagissent directement avec le bâtiment. Il y a aussi les forces physiques à prendre en compte telles que le vent, le feu, les tremblements de terre, les ouragans, les charges de neige et les agressions faites par l’homme. Nous pouvons prendre ces éléments en compte pendant la conception de l’enveloppe protectrice pour pour stopper ou ralentir les dégâts causés par eux.

Le contrôle des éléments naturels Les facteurs physiques analysés ci-dessous sont abordés par ordre d'importance. Si on ne contrôle pas la pluie, comment penser à contrôler le mouvement de l'air etc. Si nous avons le contrôle de tout ces éléments, l'enveloppe protectrice sera efficace. Ce chapitre identifie les contraintes et explique les méthodes actuellement utilisées pour gérer ces éléments physiques. Le contrôle de l'humidité : la pénétration de la pluie Il ne s'agit, ici, que de présenter le récapitulatif des meilleures méthodes utilisées pour empêcher la pénétration de l'humidité dans un bâtiment. Il existe des stratégies générales pour contrôler l'infiltration de l'eau sous toutes ses formes. 1. Réduire au minimum la quantité d'eau de pluie qui entre en contact avec les surfaces et assemblages de construction 2. Gérer l'eau de pluie déposée sur ou dans les assemblages 3. La dynamique de l'infiltration d'eau de pluie est bien établie. La pénétration de l'eau à travers un ensemble de construction n’est possible que lorsque ces trois conditions se produisent simultanément Il y a une infiltration d'eau:

. Une ouverture ou un trou est présent dans l'assemblage . L'eau est présente près de l'ouverture. . Une force se produit pour déplacer l'eau à travers l'ouverture. Toute infiltration d’eau peut être exprimée par une équation : ''Eau + ouverture + forces = infiltration d'eau'' La taille minimale d'une ouverture permet la pénétration de l'eau et varie en fonction de la force motrice de l'eau. Pour contrôler l'infiltration, il est nécessaire de comprendre les forces motrices sous-jacentes qui peuvent être présentes. Celles-ci peuvent inclure la gravité, la tension de surface, l'aspiration capillaire, l'élan (énergie cinétique) et la pression de l'air. Il en résulte que la pénétration de l'eau peut être contrôlée par l'élimination de l'une des trois causes de l'infiltration d'un bâtiment.

gravité, mouvements de l’air, capillarité, tension superficielle, énergie cinétique, différence de tension ou pression Source: 6 forces motrices - http://www.rci-online.org/ - water penetration (Christine Beall)

Les trois stratégies pour contrôler les infiltrations sont : 1. Réduire le nombre et la taille des ouvertures dans l'assemblage. 2. Garder l'eau loin des ouvertures. 3. Réduire ou éliminer les forces qui peuvent déplacer l'eau à travers les ouvertures.

Le contrôle de l'air Le contrôle du mouvement de l'énergie thermique à travers l'enveloppe du bâtiment est très important. Certaines estimations indiquent que les fuites d'air contribuent à près de 40 pour cent de l'énergie perdue dans un bâtiment. Les fuites d'air sont dues à la surface extérieure importante en contact avec le vent. Ceci combiné à l’air chaud qui s’élève et la pression différentielle du vent avec les pièces de jonctions p.ex entre les murs et la toiture. Les fuites d'air peuvent se produire à travers les vides non scellés dans l'étanchéité extérieure, des joints de fenêtres mal ajustés, ou les systèmes mécaniques non scellés (ventilation, cheminée...). Les fuites d'air sont provoquées par un écart-pression à travers l'enveloppe extérieure. Cette pression différentielle peut être provoquée par le vent, l'effet de cheminée ou l'équipement mécanique.

L'effet d'un vent

L'effet cheminée

L'effet provoqué par l'équipement mécanique

Le vent crée des pressions plus élevées sur le côté exposé d'un bâtiment. Cela entraîne l'air dans la structure qui est portée par des zones de pression basses pour les faces sous les toit, et l'air traverse et quitte la structure, cela en raison de l'effet de cheminée. Il est causé par le fait que l'air chaud est plus dynamique et a tendance à s'élever, tandis que l'air froid est plus dense et coule. Cela crée des zones de haute pression d'air dans la partie supérieure d'une installation ( zone à basse pression), ce qui peut contribuer à des fuites d'air. Une autre cause de la pression différentielle à travers l'enveloppe du bâtiment peut être attribuée à l'équipement mécanique. Les déséquilibres dans les systèmes d'entrée d'air et d'échappement peuvent créer des pressions positives ou négatives au sein d'un bâtiment. Les déséquilibres peuvent être intentionnels ou causés par un manque de service (l'équipement) correct. Ces déséquilibres concernent l'entrée et la sortie de l'air dans un bâtiment. Pour être efficaces, les systèmes d'étanchéité à l'air doivent : r ËUSF DPOUJOVT Æ USBWFST MhFOTFNCMF EF MhFOWFMPQQF EV CÄUJNFOU r QPVWPJS SÊTJTUFS TUSVDUVSFMMFNFOU BVY QSFTTJPOT QPTJUJWFT PV OÊHBtives créées par le vent, l'effet de cheminée ou par ...les systèmes mécaniques r FYJTUFS EVSBCMFNFOU BV TFJO EF MhFOWFMPQQF FYUÊSJFVSF FO SFTUBOU BDcessibles et réparables. r ËUSF DBQBCMFT EhFNQËDIFS MB DJSDVMBUJPO EF MhBJS Æ USBWFST MhFOWFMPQQF extérieure

Le transport de la vapeur d'eau

Les fuites d'air peuvent également transporter une quantité importante d'humidité à travers l'enveloppe du bâtiment, contribuant à créer l'inconfort à l'intérieur des murs. Cette humidité provoque des risques sanitaires pour les utilisateurs. Cette vapeur d'eau est également causée par l'occupation d'un habitat (par l'homme, les animaux et les plantes). Les utilisateurs génèrent de la vapeur d'eau (respiration, transpiration, cuisine, douches, lessives…). Le mécanisme du mouvement de la vapeur se fait par la voie aérienne. La vapeur se déplace par différence de pression (d'une concentration haute vers une concentration basse pour trouver la stabilité de l'équilibre). Il faut donc planifier une ventilation intérieure lors de la conception d'une enveloppe protectrice pour empêcher la vapeur de stagner.

Le contrôle du rayonnement et de l'infrarouge en général L'enveloppe du bâtiment se doit de contrôler le rayonnement solaire. Une plaque d'aluminium suffit à empêcher le transfert d'énergie lumineuse et thermique vers l'intérieur d'un espace mais, le rayonnement est souvent un élément positif pour l'habitation et ses utilisateurs. Cette énergie naturelle peut être utilisée comme source d'énergie ( p.ex habitat passif )

« Les bâtiments exposés vers le sud avec des surfaces vitrées de 60 %, les économies dues à l’apport solaire direct varient entre 15 % et 40 %, en fonction du matériau isolant. Une telle surface représente toutefois un inconvénient puisqu’elle exige 55 % de climatisation supplémentaire pendant l’été.» www.iuses.eu/materiali/f/MANUEL_POUR_LES_ELEVES/Manuel_de_batiments.pdf

La barrière au rayonnement peut aussi être placée sur la face intérieure des murs de sorte à réfléchir la chaleur corporelle des utilisateurs (infrarouge) vers eux mêmes. Des systèmes de peintures transparente et réfléchissante peuvent être appliqués sur les fenêtres pour empêcher les radiations UV et infra-rouge de pénétrer ou sortir. Le contrôle de l'isolation thérmique Ce passage est plus approfondi car l'isolation thermique est réalisée de multiples façons (elle est sujet à un débat constant pour déterminer quelles sont les meilleurs solutions à proposer) et participe largement à la pollution générée dans l'industrie du bâtiment. Les isolants sont chargé d'abriter tous les composants d'une construction qui loge l'humain, typiquement les fondations, les sols, les murs, le toit et les fenêtres (ouvertures). L'isolation est aussi présente pour proposer un cadre de vie agréable qui nous permet d'entreprendre nos activités quotidiennes (intérieures) sans avoir à se soucier des conditions extérieures. Cette couche protectrice a le potentiel d'être structurelle et de contrôler les facteurs physiques si elle est bien réalisée. Nous pouvons observer ce cas dans les constructions faite de grosses pierres entassées comme les châteaux ou dans les maisons faite de terre compressée.

D'où viennent nos matériaux isolants aujourd'hui? Avant de continuer l'analyse de l'isolation nous allons nous pencher sur le sixième facteur déterminant pour développer une enveloppe protectrice qui respecte son environnement d'accueil : l'écologie (les cinq premiers sont identifiés plus haut : le prix, la performance du matériaux, l'éventail de possibilité architectonique, l'accessibilité au produit et la durabilité). Actuellement les isolant fabriqués pour les nouvelles constructions utilisent fréquemment des matériaux transformés. Il existe des isolants transformés de haute qualité comme la laine de roche produite par ''ROCKWOOL'' qui propose une solution isolante durable à base de matériaux recyclables et quasi-inépuisables avec des propriétés insonorisantes, résistantes au(x) feu(x) et qui n’émettent pas de fumée toxique. Une grande partie des isolants transformés sont néanmoins plus polluants.

Quelles sont les étapes polluantes?

1. L'acquisition (extraction de la matière première) 2. La distribution – emballage et expédition 3. La transformation des produits bruts en usine 4. L'emballage individuel 5. Le transport ciblé 6. L'assemblage sur un site 7. Le fonctionnement et l’entretien au fil du temps,

La ''nouvelle'' gamme d'isolations mise en place pendant le XXe et XXIe siècle (qui ont remplacé les matériaux tels que la terre, la roche et la paille) a favorisé des matériaux classifiés par leurs fournisseurs comme étant ''plus performants et moins chers''. Ces matériaux sont nocifs (issus de processus à base de pétrole et/ou de chlorite) et les systèmes d'assemblage sont non réversibles (non démontables et non-réutilisables). Ce type d'isolation intoxique l'humain et l'environnement. Nous nous sommes éloignés des filières écologiques qui restent très efficaces et qui ont démontré leurs propriétés durables depuis fort longtemps. A savoir en amont du reste des recherches,

les isolants qui répartissent de l'air immobile et contenus isolent très bien car ils limitent la convection (une cause du transfert thermique) et nous pouvons l'observer dans des systèmes végétaux ou animaux décrits plus tard.

1.5. Principaux facteurs à considérer pour analyser un isolant: bilan écologique (émissions CO2) et performance thermique . La pollution à la source (Le cycle de vie des matériaux jusqu'à la fin du montage sur site). Les matériaux transformés sont les plus polluants mais les matériaux naturels peuvent également être polluants ( p.ex s’ ils ont été traités à l'aide de pesticides ). . La durée de vie d'un isolant. Il faut savoir en amont si sa capacité d'isolation thermique diminue avec le temps (''Thermal drift''). Les matériaux à base de plastique vont souvent perdre un peu de leur capacité isolante avec le temps (p.ex Polyéthylène) alors que les matériaux bruts comme les fibres minérales sont stables. . L’inertie thermique d'un matériau (sa capacité de stockage). Un matériau peut accumuler des calories (de l'énergie) qui apporte un confort thermique. Les matériaux d’origine végétale ou animale sont efficaces (comme l'eau, la terre, la pierre et la laine de mouton). . Innocuité: Les matériaux utilisés vont-ils relâcher des gaz toxiques dans le temps qui vont contribuer à altérer la couche d'ozone et à favoriser les cancers. Si il n'y a pas de gaz dans le processus de fabrication du matériaux il n'y aura pas de gazage. . Toxicité: Si le bâtiment prend feu, quelles sont les conséquences pour l’environnement et l'homme : les isolations à base de plastique relâchent alors des fumées très toxiques. . Coût: Quel est le coût total de l'isolant utilisé (bilan écologique et économique). Les facteurs clés sont le temps de main d’œuvre, le prix et la quantité d’énergie et de matières premières requises pour obtenir et mettre en place l'isolant. . Le recyclage: Le système d'assemblage du produit permet-il une réutilisation, un recyclage (ou alors, pouvons nous le recycler) pour un coût peu élevé ? . Facteur sanitaire: Hypersensibilité environnementale et humaine : certain matériaux sont connus comme provoquant des réactions allergiques chez l'homme. L'organisation OMS (Organisation Mondiale de la Santé) a reconnu cette maladie caractérisée par ''une sensibilité exacerbée aux produits chimiques'' qui touche 12% à 25 % de la population des pays industrialisés, dont 3,5 de façon sévère (données du ASEF, L'Association Santé Environnement France). . Adéquation isolation, installation, site d’accueil: L'isolation et le système d'installation sont ils appropriés au site d’accueil et aux conditions géographiques et climatiques? Un matériau peu être très efficace face à un contexte climatique mais s' il n'est pas placé au bon endroit ou pas protégé il peut-être inefficace ou/et non-durable. 29

1.6. Comment mesure-t-on le potentiel d'un matériau pour évaluer ses capacités en tant qu'isolant thermique? La chaleur se propage naturellement d’une zone chaude à une zone relativement plus froide pour tendre vers l’équilibre, par exemple, la chaleur produite à l’intérieur d’une maison en hiver va se diriger vers l’extérieur. Le flux thermique ne peut jamais être arrêté. Nos systèmes d’isolation ont le potentiel de ralentir le transfert par l’utilisation de matériaux qui ont une plus grande résistance à la diffusion thermique.

Les gains d’énergie thermique peuvent être obtenus par quatre mécanismes Inertie thermique Il y a plusieurs caractéristiques qui permettent à un matériau de limiter les transferts thermiques. La première concerne la capacité à accumuler et stocker la chaleur naturelle ou générée par l'homme. Cette particularité est qualifiée d'inertie thermique et peut-être observée dans les constructions de pierre ou de terre (des matériaux lourds et souvent denses) qui permettent un transfert thermique lent et optimisé par l'épaisseur de l'enveloppe protectrice. Cette qualité est recherchée pour minimiser les apports thermiques et pour assurer une température constante. Un bâtiment à forte inertie thermique est capable d'accumuler la température du jour (rayonnement solaire) et de restituer cette chaleur la nuit pour assurer une température confortable qui varie peu. Cette forme d'adaptation au climat est une méthode d'accumulation d’énergie passive.

La réflexion des ondes électromagnétiques (infra-rouges) Un matériau peut avoir des propriétés réflectives qui lui permettent de ''re''diriger les rayons de soleil ou alors la radiation émise par des organismes vivants (comme la chaleur corporelle) ou des objets inertes. Les matériaux avec ces propriétés sont p.ex l'Aluminium, les peintures réfléchissantes ou la face argenté de la couvertures de survie (en Mylar). L’intérêt de réfléchir les rayons infrarouges est de limiter le gain en chaleur d'un espace avant d’être obligé de le rafraîchir pour garder une température confortable. Il peut également permettre de limiter les pertes de chaleur en réfléchissant les rayons infra-rouges dans un espace, avant qu'ils traversent une paroi vers l’extérieur.

Le rayonnement Le transfert de chaleur par rayonnement est le mode de transfert d’énergie thermique le plus facile à observer (le soleil émet sa chaleur par ce mécanisme). Il constitue un transfert d'énergie en provenance d'un objet chaud vers un objet relativement plus froid par l'émission des vagues de chaleur. Ce processus utilise des ondes électromagnétiques à travers l'espace. Contrairement à la convection ou la conduction où l'énergie à partir des gaz, des liquides et des solides est transférée par les molécules avec ou sans leur mouvement physique, le rayonnement n'a pas besoin de support (molécules ou atomes). Par exemple, une poêle chaude émet de l'énergie rayonnante par l'air. Nous utilisons ce type de transfert d’énergie dans nos systèmes de chauffage et quand nous cuisinons. La résistance thermique La résistance thermique est la capacité d'un matériau à ne pas conduire le chaud ou le froid (ralentir en faisant opposition au flux thermique). Il faut donc d'abord savoir calculer la conductivité thermique qui peut être exprimée en Watt/(m2.Kelvin). Les watts déterminent l’énergie thermique, les m2 expriment l’épaisseur d'une paroi et le temps nécessaire pour qu'un transfert thermique aboutisse à un équilibre entre l'espace intérieur et l'espace extérieur. La résistance thermique est exprimée par ''R'' et elle est calculée sur un mètre d’épaisseur de matériau pour pouvoir identifier quels matériaux sont les plus efficaces. Plus la résistance thermique est efficace, plus la valeur R est haute. La perte d’énergie thermique est causée par deux facteurs techniques attribués à la conception de l'habitat La conductivité thermique

Le transfert de chaleur par conduction se produit lorsque les molécules à l'intérieur d'un solide sont excitées par une source de chaleur appliquée à une partie de l'objet. Les molécules de l'objet se déplacent plus vigoureusement, en transportant leur énergie le long de l'objet. La conductivité peut permettre de réguler la température d'un

espace par sa capacité à conduire la chaleur/ou fraîcheur hors ou vers une zone voulue. Malheureusement il se produit plutôt le contraire et la conduction est une des causes principales des ponts thermiques et des pertes de chaleur à travers les pièces d'assemblage. Elle s’exprime en Watt/ (m2.Kelvin). Les matériaux qui conduisent mal la chaleur ou le froid sont considérés comme des matériaux isolants Si le matériau n'a pas de capacité conductive (par exemple réflective, ou avec beaucoup d'inertie), il est isolant. La convection La convection est un moyen de transfert thermique. Cet échange d'énergie (calorique) est permanent. Ce mouvement est un déplacement de chaleur vers les zones plus froides pour tendre à établir un équilibre en provenance d'une source (habitat chauffé) vers une destination extérieure (non chauffée). Le transfert de chaleur par convection se produit dans des liquides tels que l'eau ou dans des matériaux gazeux tel que l'air. Lorsque l'air ou l'eau est chauffé, il devient moins dense et monte, provoquant de l'espace pour l'air plus frais qui vient le remplacer (qui est chauffé à son tour avant de s’éloigner). Placer une isolation plus dense dans les vides des cavités entre les poteaux permet de piéger ''l'air mort '' ce qui minimise la convection et ralentit le transfert de chaleur.

1.7. Les matériaux isolants sur le marché et l'industrie des bâtiments

Le marché actuel propose trois groupes d'isolants thermiques pour l'enveloppe protectrice des plus polluants aux moins nocifs. L'isolation sur le marché a favorisé : fibre minérales issues de roche (exemples :amiante, wollastonite, sépiolite), fibre de verre, fibre de cellulose, coton, l’air contenu, fibre de verre , laine de verre, fibre d’alumin, laine de roche, fibre céramique réfractaire. L'isolation sur le marché a ne pas favorisé : Materiaux a base de pétrole; Polyuréthane (plastique) Polystyrène, extrudé XPS, Polystyrène expansé PSE.

Quels sont les nouveaux matériaux d’isolation qui entrent sur le marché (plus performant et moins polluant)? 1) Champignons isolation (isolation greensulate- champignon Boardstock et berceau éco) 2) panneaux à isolation sous vide () encastré dans XPS foambox de VIP - isolation des murs R25 !! 3) fumée congelés 98% d'air de aérogel (thermique BLOK) 4) Les sphères de céramique microscopiques ceramics- thermiques 5) béton cellulaire autoclavé (AAC) Conclusion La conception d'une enveloppe protectrice doit prendre en compte les facteurs physiques d'un site et se doit de développer des couches de contrôles pour créer un espace intérieur isolé des conditions climatiques extérieures. Pour développer cette paroi, nous devons favoriser les solutions les plus efficaces et les moins polluantes en tentant de minimiser les coûts ainsi qu'en favorisant les matériaux locaux recyclables ou réutilisables (ceci dans le but de rentrer dans une démarche durable) accessible à un maximum d'utilisateurs. L'enveloppe peut minimiser les effet du vent et empêcher l'eau et la

neige de stagner sur le bâtiments si elle utilise des formes aérodynamiques. Les gammes de forme courbe favorisent également la circulation de l'air intérieur. L'isolation est nécessaire au confort thermique et existe sous de nombreuses formes. Il y a longtemps, l'isolation permettait le contrôle des intempéries et du transfert de chaleur de façon cyclique grâce à l’épaisseur d'une paroi réalisée en un matériau ( pierre, terre ou glace). La paroi a diminué de taille pour permettre un gain d'espace et de matière première (temps de montage, poids de la structure...ex). Pour limiter les fuites d’énergie qui sont également une dépense économique et énergétique (carburant), nous avons développé des parois plus complexes pour ralentir le transfert thermique. Nos parois sont maintenant constituées de plusieurs couches qui permettent de contrôler les facteurs extérieurs un par un. Il y a un problème apparent qui émerge; nos bâtiments sont plus compliqués à construire (nombre de matériaux et pièces d'assemblage) mais moins durables et plus polluants que dans le passé. Devrions nous revenir à une enveloppe protectrice constituée d'un matériau unique? Nous pouvons également essayer de proposer des techniques de construction plus simples (moins d’étapes et de matériaux de construction) qui engendreraient moins de problèmes par la suite.

‘‘L'Énergie la moins chère est celle que l'on ne consomme pas’’

rappelle La Directive Européenne sur l'Efficacité Énergétique (EED). Il faut limiter l'usage des matériaux lourds et encombrants qui demandent beaucoup d’énergie lors de leur transport et mise en place. Nous pouvons observer que certains matériaux avec une haute résistance thermique sont naturellement présents sur place (la terre, la pierre, etc...ou alors les laines de moutons, de roches, etc...). Pour minimiser nos dépenses énergétiques et l’utilisation excessive de matières premières nous devons aussi opter pour des matériaux réfléchissants qui sont plus légers et très efficaces (soit pour garder un espace chaud, soit pour l’empêcher de rentrer). Il faut également éviter les matériaux qui ont une conductivité thermique haute car il sont une cause de perte d'énergie. 36

La dernière priorité concerne le nombre de pièces à mettre en place pour constituer un habitat. La construction d'habitat demande

énormément de connaissances, de temps et de pièces d'assemblage précises. Nous n’oublions pas les techniques, comme l'empilement, qui fonctionnent et sont efficaces (et peuvent être réalisées avec moins d’expérience). L’idéal serait de proposer des méthodes de construction réalisables et adaptables par des socio-professionnels de la construction.

''Toute technique de construction est, en fait, basée sur très peu de composants : les fondations, qui transmettent au sol le poids de la construction (celui de la charge utile) ; l'ossature, qui supporte le toit et éventuellement les planchers; puis les plaques horizontales (légères pour le toit, plus résistantes pour les planchers) ; et les écrans qui protègent des intempéries, des regards et du bruit. Il y a de nombreuses techniques, naturellement, où le même élément joue plusieurs rôles: les murs peuvent être à la fois ossatures et écrans, les dômes à la fois écrans et toits, etc.'' Yona Friedman, vers une cité conçue par ses habitants.

1.8. Nous devons changer nos modes de constructions

''La nature produit sous pression atmosphérique et à température ambiante (avec la nature, il n’y a pas besoin de chauffer la matière à 2000° ni de faire appel à des substances chimiques toxiques...) : il n’y a aucune agression sur l’environnement et tous les « déchets » sont recyclés !'' Janine Bennes, Biomimétisme, Quand l’innovation s’inspire de la nature.

Nous sommes des consommateurs polluants. Il est très naturel chez l'homme de consommer quelque chose pour se l'approprier et le dominer. Nos modes de vie polluent et notre utilisation de la terre la détériore dans la plupart des modèles de vie actuels. Nous sommes pourtant naturels et nous participons à l’équilibre à notre façon. Nous pouvons constater ce fait en observant notre production naturelle de Co2 qui permet à la flore de produire de l’oxygène (photosynthèse) et rend l’échange de nos gaz cyclique et durable. Nous avons mis en danger cet équilibre naturel en innovant, notamment en rajoutant la combustion (l'industrie et nos moyens de transports sont des sources polluantes importantes) qui engendre une production de Co2 trop élevée qui a des répercussion désastreuses pour la terre. Pour conclure nous utilisons l’énergie plus rapidement que la capacité de régénération des ressources et nos déchets s'accumulent plus vite que le cycle de biodégradation naturelle. Il faudrait donc trouver des moyens de consommer moins ou de consommer de façon cyclique et l'habitat est un point de départ formidable car tout le monde cherche à s'abriter. Nos habitations, nos villes et nos frontières définissent largement notre mémoire collective d'un territoire et notre mode d'occupation. Si nous arrivons à utiliser des composants neutres ou bons et à proposer des mode de vie sain pour l'homme et la planète, nous pouvons aider à déclencher un rétablissement de l’état de la planète. La première étape consiste à changer notre regard sur le développement durable. Il ne devrait pas être perçu comme une limitation de notre expérience de la vie (des douches moins longues, limitation de vitesse etc.) et devrait au contraire être compris comme une amélioration ; notre air, notre eau et nos terres seront plus sains et nous serons capables de consommer autant que nous voulons avec une organisation cyclique qui ne produit plus de déchet presque perpétuels. Nous changerons seulement l’utilisation et peut être la forme d'une ressource pour qu'elle serve à une autre fonction avant de redevenir ce

qu'elle était quand nous l’avons utilisée . La terre fait déjà cela (décomposition) mais à une échelle trop lente pour pouvoir soutenir notre rythme de vie. Il nous appartient de répondre aux conséquences de notre développement. Ces éléments nous amènent à explorer les notions de développement durable et d'énergie intrinsèque.

1.9. Calculer nos dépenses énergétiques

La consommation d’énergie au sein de notre habitat peut être calculée en kWh par mètre carré par an ou par mois et par le nombre d'utilisateurs. L'approximation utilisée ici est pour les logements en France ( estimation EDF 2015 pour un an) et inclut les cinq usages qui (ont un besoin d’ utilisent l’énergie pour fonctionner: Le chauffage de l'habitat (110 kWh par mètre2), l'eau chaude (1000 kWh par personne), la cuisine (200 kWh par personne), et l’électroménager et l’éclairage (1100 kWh par personne). Cette énergie consommée est généralement produite à l’extérieur du logement puis transportée sur place à l'aide d'un système de tuyauterie. La distance de ce transport provoque des pertes d’énergie tout au long du parcours. Ceci est en partie dû à l'isolation qui n'est pas assez performante et crée des pertes continues dans les utilisations internes d'un logement ( p.ex perte de rendement de la production d'une chaudière utilisée de façon non continue). Une façon d’ épargner ce gaspillage d’énergie serait de produire notre énergie localement. Les facteurs de bruit et d'occupation de place physique et visuelle sont cependant des contraintes encore trop importantes. L’énergie dépensée est largement supérieure à ce qu'elle devrait être car nos technologies sont encore à un stade insuffisant de développement et entraînent de nombreuses ''fuites'' d’énergie. Nous pouvons observer cela dans nos systèmes d’éclairage qui produisent de l’énergie chaude qui n'est pas nécessaire ou encore, nos systèmes d'isolation et de climatisation qui contiennent très mal notre énergie chaude et nous poussent donc à consommer davantage pour maintenir une température constante. L’énergie se disperse plus rapidement dans des volumes plus grands qui ont un contact supérieur avec la température extérieure (le chaud se déplace constamment vers le froid). Nous pouvons doubler l'isolation pour ralentir les pertes mais cela ne supprime pas le problème qui n'est que repoussé en attendant une meilleure conception du système. Lorsqu'une construction est réalisée il y a des gaz à effet de serre plus ou moins importants à prendre en compte. Il est important de connaître le bilan carbone qui varie en fonction de nos choix de matériaux, de leur provenance et de nos méthodes de construction. 41

Énergie intrinsèque L'analyse du cycle de vie carbonique d'un produit permet de limiter les choix trop énergivores pour favoriser des matériaux à caractère recyclable ou renouvelable qui participeront à limiter notre dette écologique. Cette notion (primordiale) a été mise en évidence dans les année 1970 mais nous commençons seulement à l’intégrer dans nos conceptions depuis que nous portons un regard plus réaliste sur notre environnement. Nous pouvons utiliser les dernières études (résultats sur internet et dans quelques ouvrages) pour limiter l’utilisation de matériaux particulièrement gourmands. De façon général, les matériaux naturels évitant les transformations d'un matériau synthétique réduisent les dépenses énergétiques. Pour limiter notre impact négatif nous devons être informés des procédés émissifs les plus dangereux pour trouver des alternatives. Il y a des normes internationales (p.ex ISO série 14000 ou MDE ''maîtrise de l’énergie englobe'' ) qui permettent de connaître le bilan carbone de nos matériaux de construction. Ces normes servent d'outils pour analyser le cycle de vie d'un matériau en prenant en compte chaque étape (de l'extraction à l’élimination d'un produit). Les calculs énergétiques sont établis en Kwh/ m3. Par exemple, l'aluminium utilise 91 000 Kwh/ m3, Il fait donc parti des matériaux très énergivores. Le torchis fait partie des choix les moins énergivores, il utilise 25 Kwh/ m3. L'unité d’énergie peut être quantifiée en utilisant le système international, le Joule. Le joule est une valeur trop petite pour qualifier nos dépenses énergétiques dans l'analyse de cycle de vie. Nous utilisons donc les mégajoules (1MJ = 1000000 J). Pour quantifier nos consommations d’énergie en exploitation nous pouvons utiliser la conversion 1kWh = 3,6 MJ ou 1 MJ = 0,278 kWh. Conclusion: L'enveloppe protectrice doit évoluer

Cette approche estime notre émission carbone liée au choix de nos matériaux tout au long de leur vie mais il y a d'autre facteurs à prendre en compte comme la durée de vie d'un matériau et les effets nocifs qu'il peut provoquer dans tel ou tel contexte environnemental et humain (l'hypersensibilité).

Au terme de ce constat qui ne peut que souligner les imperfections de la situation actuelle il paraît opportun de citer cet extrait: ''L'envel-

oppe d'un bâtiment doit transcrire les agressions extérieures en confort intérieur pour ses occupants. Plus elle sera performante, moins il y aura recours aux systèmes énergétiques pour tempérer le bâtiment, plus les consommation seront faibles. On comprend alors aisément l'importance de l'enveloppe architecturale dans une démarche de qualité environnementale.'' exNdo architectures. Les objectifs ont sans cesse été redéfinis pour faire face au conséquences de notre développement. Les humains ont dû se préoccuper de la croissance démographique, de l'extension des villes, de l’énergie à favoriser pour tenter d'assurer une répartition égale, des moyens de transport, ...etc. Globalement nous avons fait des avancées spectaculaires en très peu de temps. Malheureusement, pour faire ce parcours, nous avons dû faire pression sur nos ressources naturelles et sur la qualité de vie de plusieurs espèces terrestres.

''Pour l'instant, le droit de l'environnement prévoit une multitude de sanctions qui ne sont jamais appliquées pour 80% d'entre elles, alors qu'il y a atteinte à l'intérêt public. L'environnement est une valeur sociale protégée, érigée au rang d'intérêt fondamental de la nation. Il est urgent de créer un délit général d'atteinte à l'environnement, voir un crime d'écocide afin de faire entrer l'environnement dans le code pénal. Nos décideurs économiques et politiques ne sont pas encore sensibilisés aux atteintes à l'environnement ” (Union internationale pour la conservation de la nature, Sébastien Mabile).

Pendant la fin du XXe siècle nous avons commencé à parler ''d'éco-efficacité''. Il fallait ralentir notre impact négatif sur la planète en appliquant la notion populaire ''faire plus avec moins''. Cet objectif initié par l' Union Européenne a été mis en place pour répondre aux défauts généraux constatés. Une telle évolution, dans le cadre du problème général du réchauffement climatique, paraît maintenant devoir et pouvoir être prise en compte dans le cadre de la société mais aussi dans celui de la vie des individus. La question de l'habitat est très directement concernée par cette prise de conscience collective qui coïncide avec l'émergence de solutions nouvelles et la possibilité de remettre au goût du jour des ressources ou des solutions depuis longtemps négligées.

L'enveloppe protectrice de l'habitat, un enjeu majeur de l'architecture

Les matières premières de notre planète forment un stock de ressources transformables et épuisables. Nous avons acquis les connaissances et les moyens d'envisager des solutions architecturales pour répondre aux conséquences liées à notre développement. Si nous les appliquons, nous pouvons garantir l'accès aux ressources pour les générations qui nous suivent. Notre empreinte actuelle en matière première dépasse la capacité de régénération de la planète ; ceci accentue notre dette écologique et participe activement à la dérégulation des conditions optimales de la planète établies par plusieurs milliards d'années d'évolution sur terre. Le financement (par les ressources naturelles) de notre croissance menace l'équilibre des conditions optimales nécessaires (atmosphérique, terrestre et aquatique) à la vie sur terre. Les chercheurs ont aiguisé notre regard et nos outils et nous sommes en mesure de stabiliser la situation pour permettre aux futures générations de poursuivre cette croissance en profitant du même cadre naturel que nous. Comme nous l'avons pressenti dans la première partie l'analyse du cycle de vie carbonique d'un produit permet de limiter les choix trop énergivores pour favoriser des matériaux( à caractère) recyclable ou renouvelable qui contribueront à diminuer notre dette écologique. Cette notion primordiale est identifiée depuis les année 1970 mais nous commençons seulement à l’intégrer dans nos modèles de développement depuis que nous portons un regard plus lucide sur notre environnement. Les ressources de l'information et des comparaisons offertes par Internet devraient pouvoir nous aider dans cette démarche. Quelles intentions devrions nous avoir en tant qu'espèce dominante de la planète? Comment pouvons-nous entretenir la planète en rationalisant l’utilisation de ses ressources primaires? Nous devons intégrer les cycles de vie au sein de nos produits, en commençant par la conception de l'enveloppe protectrice de nos habitats.

2.1. L'intérêt de se référer aux enveloppes naturelles pour déterminer les types d'enveloppes protectrices de l'habitat. Si l'on souhaite analyser profondément la notion d'enveloppe protectrice de l'habitat il paraît nécessaire d'interroger, en premier lieu, ce qui marque sensiblement et physiquement l'être humain pour son meilleur accomplissement possible. En effet tout au long de sa vie l'être humain ressent le besoin et a l'expérience de ''parois protectrices naturelles'' . Ce sujet est abordé ici d'un point de vue architectural s'appuyant sur les données biologiques de la peau protectrice. Le but est de discerner comment la nature a protégé la vie pour voir s'il y a des applications à prendre en compte au titre de l'enveloppe protectrice de l'habitat.. Les parois du ventre, protectrices du fœtus La première enveloppe protectrice de l'homme est le ventre de

sa mère. La mère et l'enfant sont liées par le placenta, qui fournit le fœtus avec de la nourriture et de l'oxygène et le protège contre les bactéries et les infections. Le fœtus est relié au placenta par le cordon ombilical, qui protège les vaisseaux sanguins du fœtus. Un bouchon muqueux scelle l'utérus et arrête les infections potentielles. Le sac amniotique protège le bébé contre les germes, et le liquide amniotique maintient le fœtus au frais et à l'abri de la pression hors de l'utérus et forme la première barrière isolante. Les muscles abdominaux offrent un soutien supplémentaire et forment la deuxième couche d'isolation. L'os pubien et la colonne vertébrale fournissent au fœtus avec une protection rigide. L’environnement protecteur du fœtus s'adapte constamment a la croissance et au mouvement du bébé pour lui fournir un maximum de confort et de sécurité. Pour résumer les parties les plus intéressantes concernant le sujet de ce mémoire nous pouvons constater qu’il y a une autonomie alimentaire grâce au placenta et au cordon ombilical. Cette arrivée d’énergie (contenue par le système sanguin) permet au futur bébé de croître. Il y a ensuite une paroi anti-microbienne puis l’isolation (liquide amniotique et muscles) sur deux couches qui forment les parois protectrices de l’enfant. Cette couche souple permet d’encaisser des chocs doux et une ossature permet une protection supplémentaire face au impacts. La dernière barrière est la peau. 47

La peau, protectrice de notre corps Le corps nous protège des conditions extérieures grâce aux muscles, à l'ossature, à la peau et aux poils. D'un point de vue architectural, les muscles permettent d'utiliser l’énergie stockée par le corps (alimenté par le système sanguin) et l'isolent grâce à leur épaisseur et au nombre de fines fibres qui se succèdent par couches entremêlées. Cette isolation donne également une protection souple devant l'ossature qui apporte de la rigidité et de la stabilité. La peau empêche l’environnement d'interagir avec le système du corps et permet de le refroidir (sueur) et de s’adapter aux variations de température. Les poils sont la pour limiter la friction avec le monde extérieur qui pourrait créer une fissure dans la peau. Il y a également tout un système complexe pour rendre le corps plus durable en le réparant quand il s'abîme. La peau est flexible et souple et permet une grande amplitude de mouvement sans se détériorer. Elle peut s’adapter à l’intensité de la lumière du soleil en s’assombrissant pour empêcher trop de rayon UV de pénétrer le corps. Elle utilise la croissance des poils pour diminuer la friction afin de protéger notre corps contre l’usure et se répare et s'adapte à la croissance et aux blessures. Les poils comme les vêtements (poil sympathique de l'homme) participent à garder une couche d'air ''accrochée'' autour du corps qui est chauffée par la chaleur corporelle et forme une couche isolante protectrice. Si il y a du vent cet air est remplacé en permanence par de l'air frais, ce qui supprime cette couche d'isolation.

L’enveloppe parfaite de l’homme: la machine pour vivre, source: http://www.doctissimo.fr/

La peau comprend en moyenne : 70% d’eau, 27,5% de protéines, 2% de matières grasses, 0,5% de sels minéraux (et oligo-éléments). Elle est constituée de trois couches de tissus : - l’épiderme, la couche superficielle - le derme, la couche intermédiaire - l’hypoderme, la couche profonde. L’épiderme est un tissu épithélial (cellules étroitement juxtaposées) de revêtement semi-perméable. Il est composé de trois types de cellules : - kératinocytes (cheveux et ongles), de lipides - mélanocytes (pigmentation de la peau) et de cellules de Langherans, qui participent au système immunitaire de la peau. D'un point de vue chimique et structurel la peau est constituée de façon très similaire aux plantes qui s'isolent du monde extérieur en utilisant uniquement des matières naturelles.

L’enveloppe parfaite de l’homme: zoom, source: http://www.doctissimo.fr/

La protection de la terre face à l'espace intergalactique L'éco-systeme global de la planète nous donne une barrière protectrice face à l'espace et permet à la vie d’exister. Les climats hostiles ou hospitaliers sont conçus par la quantité d’énergie reçue en provenance du soleil. Cette énergie est consommée et contenue par d'autres systèmes (l'inertie de la terre). Les océans, les sols (roches, glace, terre) et les organismes vivants qui participent tous à la formation de notre atmosphère qui est notre première barrière pour contenir cette énergie. Cette énergie est aussi contenue au moyen de la gravité qui permet une stabilisation de la quantité d’énergie grâce au noyau d'attraction, la terre.

L’atmosphère est la première couche responsable de la régulation climatique. Elle est composée essentiellement de deux gaz, l'azote (78%) et l’oxygène (21 %) ainsi que des gaz rares (Argon, Néon, Hélium, méthane...) et dans les basses couches, de la vapeur d’eau et du dioxyde de carbone. Ces gaz rares ont une capacité à stocker beaucoup d’énergie, notamment le dioxyde de carbone et de méthane. Ils participent de façon considérable à établir le climat sur terre. Les sols de la terre participent tous à absorber la chaleur et permettent d’enrichir les sols grâce à l’apport du soleil. Ces sols permettent aux plantes de se développer à partir de la photosynthèse de dioxyde de carbone, de l’eau et la présence de lumière solaire. Le dioxyde de carbone, dans l’atmosphère, fait croître les plantes qui relâchent de l’oxygène. Ceci contribue à réguler le climat. L’oxygène permet à la faune de se développer sur terre (les êtres vivants, dont nous). Les plantes se développent grâce à trois systèmes principaux : la photosynthèse par leurs feuilles (apport du soleil assimilé par le Chlorophylle) l’apport de minéraux contenus dans la terre (livrés grâce aux flux d’eau) qui passe par des canaux si fins au sein de la plante qu’elle exerce une pression négative permettant d’aspirer l’eau contre la gravité (grâce à la propriété de tension de surface de l’eau) et l’apport calorique reçu par l’absorption dans le dioxyde de carbone. Pour le transfert de minéraux par l’eau, les petits vaisseaux sont si fins et nombreux qu’ils limitent le transfert d’énergie thermique par convection et sont, par conséquent, isolés du monde extérieur. Les océans contribuent également à stocker de la chaleur (trente fois plus que l’atmosphère sur 200 mètres de profondeur) grâce à l’inertie thermique de l’eau. Ils participent aussi à une réduction de la température sur terre grâce aux planctons qui sont des pompes biologiques à dioxyde de carbone. Leur fabrication de coquilles microscopiques est réalisée en utilisant le dioxyde de carbone dissous dans la mer et la photosynthèse qui permettent d’emmagasiner cette énergie et réduisent l’effet de serre. De plus la chaleur contenue dans l’eau se transmet des océans à l’atmosphère par l’humidité sous forme d’évaporation qui provoque une ventilation par le flux du mouvement de l’air. L’eau, sous ses formes rigides (de neige et de glace), participe également à l’équilibre climatique. Ces conditions permettent de réfléchir la lumière et de diminuer la température sur la terre et au sein de son atmosphère. 50

Le mécanisme de l’effet de serre, source: www. handivert.wordpress.com/

Conclusion sur les enveloppes naturelles De manière idéale, si les humains n'avaient pas perturbé le cycle climatique comme cela est maintenant admis (cf. les conclusions de la COP21 réunie à Paris à la fin 2015), on pourrait dire que les trois enveloppes examinées doivent permettre de vivre avec beaucoup de confort. Elle existent pour être des barrières efficaces exposées à une variété de contraintes. La terre régule sa chaleur (rayon de soleil) à l'aide de l'eau, de la terre, de l'air (surtout le méthane et le dioxyde de carbone) et des organismes vivants qui participent à l'absorption de l’énergie disponible. Cette énergie emmagasinée permet aux plantes sur terre et au plancton dans la mer de croître. Ces sources sont le début de la chaîne alimentaire des autres espèces et donne donc naissance à la vie. La terre réfléchit l’excès de lumière dans les zones qui sont exposées le plus souvent aux rayons du soleil (les pôles) grâce a un système simple, la couleur blanche réflective. L'air chaud est ventilé par le mouvement de l'air en rotation continue autour de la terre (force d'attraction). Ce refroidissement n'est pas produit par le mouvement seul mais plutôt par le mouvement en contact avec des zones froides (l'eau, la glace, la neige) qui diminuent la chaleur stockées dans l'air. Nous pouvons constater que nos choix de matériaux de construction pour former l'enveloppe protectrice de l'habitat (de façon responsable écologiquement et durablement) peuvent être identifiés dans les sys51

tèmes naturels. L'ordre des couches peut-être observé et imité pour une conception de parois : air puis eau ou air puis terre permettent d’emmagasiner l’énergie (chaleur ou fraîcheur). Un système réfléchissant peut également permettre de limiter les apports solaires. Où pouvons nous observer ces systemes simple dans l'industrie de produits humains?

2.2. La pratique des enveloppes protectrices par l'habitat vernaculaire

Les nomades ont fabriqué des habitats avec des systèmes d'isolations adaptés à plusieurs contextes en utilisant des matériaux accessibles et naturels. Que pouvons nous apprendre de leur fonctionnement ? Les choix d'analyser les types d'habitats ci-dessous sont déterminés par les capacités de l'enveloppe protectrice. Il sont identifiés pour leurs qualités écologique, leur sobriété économique, leur durabilité, le confort atteint dans un contexte climatique et géographique donné et par la possibilité de réalisation dans un délai court. Les exemples choisis répondent à des époques et situations environnementales et socio-économiques différentes. Il est donc difficile de comparer les habitats avec des caractères identiques car ils ne répondent pas aux mêmes besoins et aux mêmes contraintes. Néanmoins ces différences de situations éclairent, en recherchant les points de comparaison pertinents, les modes d'utilisation des matériaux et les différentes formes d'habitat dans des contextes différenciés. Les systèmes performants d'antan Les habitats choisis pour cette étude sont les plus économes en matière, en temps de montage ainsi que mieux adaptés et adaptables aux variations de climats des différents lieux d'accueil. 1.L'igloo, habitat de neige L'igloo est construit à l'aide de blocs de neige taillés à la scie pour former des rectangles extrudés et compactés ( dimension 1, ½, ¼: longueur, hauteur , épaisseur) puis empilés pour donner une forme de coupole ou de cône arrondi. Ce type de forme permet un contact court et sans résistance avec les forces extérieures (neige, grêle et vent) dans le but d(e s)'isoler du froid. Il est la façon la plus adaptée de construire un habitat dans un contexte hostile de type glacé. Il était utilisé par les Esquimaux comme abri temporaire en fonction de leurs déplacements. 53

Ce type d'habitat peut être réalisé en quatre heures pour abriter quatre à cinq personnes (pour un diamètre de 3 mètres au sol) et permet d'atteindre une température de 0°C (pour des régions arctiques) en utilisant uniquement de la neige. Cette température peutêtre améliorée par quatre méthodes principales: la chaleur corporelle, une isolation au sol ( historiquement des peaux de bêtes), un foyer intérieur et en limitant la hauteur de l'igloo. Système de construction :

Construction d’un Igloo, source: www.territoiresliquides.nantes.archi.fr

La première étape consiste a tasser la neige au sol pour obtenir un terrain plat compacté qui servira de carrière pour les bloc de neige. Idéalement il faut de la neige dense pour éviter qu’elle se brise pendant les manipulations. Il faut ensuite découper les blocs et les empiler en suivant un tracé au sol circulaire de 3 m de diamètre. Les blocs doivent être assemblés en une spirale continue qui diminue en diamètre pour atteindre la forme autoporteuse. Pour obtenir cette forme il faut légèrement incliner les blocs vers l’intérieur et diminuer leurs dimensions pendant que la structure s’élève. La pièce centrale (clé de voûte) doit être taillée de façon à épouser la courbe et fermer l’ouverture ( pour une utilisation avec foyer et une ventilation naturelle cette pièce doit être percée). Un accès se creuse dans la face abritée du vent dominant une fois que la structure est finie en forme d’arche et un tunnel est créé en suivant ses courbes pour abriter l’entrée du vent. Pour finir une fine couche de neige est appliquée sur la paroi extérieure pour boucher les trous et l’intérieur est lissé pour éviter que des gouttes d’eau perlent une fois le foyer allumé. Avantages majeurs

Réalisable très rapidement et sans frais à l’exception d’une scie et de la main d’œuvre éventuelle. Très bien adapté pour abriter du froid arctique.

Désavantage majeur Mode de vie limité à un simple abri rudimentaire. 2. la Yourte, habitat des nomades d'Asie centrale Ces nomades sont principalement mongols. La Yourte est une tente très performante avec une ossature démontable en bois recouverte de feutre. Sa forme est atteinte grâce à sa structure autoporteuse qui est pliable (structure en treillis sillonnés) et assemblée grâce à des cordages. Elle est la maison mongole nomade et permet de loger dix a vingt personnes. Elles déplacent leurs habitat lorsque leurs animaux domestiques ont épuisé les ressources d’une région pour chercher des nouvelles terres fertiles qui peuvent à nouveau les nourrir (animaux et humains). Cette structure est également conçue pour limiter le contact avec le vent et permet au charge d'eau (sous toutes ses formes) d’être éloignée de la yourte. Cette enveloppe protectrice s'adapte aux saisons et permet à l'homme de résister confortablement aux hivers rudes et aux étés torrides. Système de construction :

Construction d’une yourte, source: http://www.co-creation.net/

La construction d'une yourte commence par la coupe des tiges de bois de Mélèze ou de bambou (facile à travailler et léger à transporter). Ensuite il faut les trouer pour pouvoir les assembler à l'aide d'un cordage pour former l'armature murale. Une structure, en treillis pliables et réguliers, est réalisée et assemblée de façon à former un cercle avec une porte insérée entre deux treillis (également fixée aux treillis par des cordages). Deux piliers en Pin sont plantés au sol (centre) pour former les appuis qui vont soutenir une coupole (tonoo) au sommet qui constitue la clé de voûte du toit. La coupole est ensuite fixée au mur (structure en treillis) à l'aide de perches ( en Mélèze

ou en Bambou) pour former la charpente. La structure en treillis est ensuite couverte avec un tissu des deux cotés du mur et du plafond, intérieur et extérieur, et remplie avec de la laine et des poils d'animaux domestiques. Les tissus sont ensuite fixés avec une corde pour éviter qu'ils bougent trop avec le vent. Au centre, on place un fourneau et le plafond est équipé d'une ouverture pour la fumée et le contrôle de température. Au cours de l'hiver, on double l’enveloppe sur le plafond pour ralentir le transfert thermique. Avantages majeurs Léger, peu cher, montage rapide, adaptable aux saisons, souple. Adapté aux climats chauds et froids. Désavantages majeurs Relativement lourd à transporter, fragile et inflammable. 3. Le Tipi, habitat des Sioux Les sioux sont des indiens vivant dans les grandes plaines de l'Ouest des États Unis. Apparition et usage du tipi L'habitat traditionnel des Nord-amérindiens est rudimentaire. Il est destiné au type de vie nomade est permet de se déplacer avec un minimum de matériaux pour habiter les terres en fonction des ressources disponibles selon les saisons. L'enveloppe extérieure recouvre la structure et permet d'emballer les perches lors des déplacements ou alors de construire un gravois transporté par les chiens ou les chevaux. Il a été établi dans le respect de l’environnement et permet un confort adapté aux saison avec très peu de matériaux.

Technique de construction

Montage d’un tipi, source: http://www.terrender.com/

L' enveloppe est traditionnellement formée de 10 a 12 peaux de bisons cousues ensemble pour former un patron en forme de demi cercle qui couvre la structure pour isoler l’intérieur des conditions extérieures. Les peaux sont fixées au sol à l'aide de grosses pierres. Le tipi est souvent équipé d'une doublure interne (un liner) qui sert de deuxième barrière pour éviter d’être importuné par les courants d'air qui pourraient se faufiler entre les coutures qui assemblent les peaux. Sa forme conique permet de créer une succion pour évacuer la fumée chaude constamment vers le haut. Il y a également un petit rabat juste avant le sommet pour ventiler l'habitat et évacuer la fumée du foyer. 57

Un tipi moyen fait entre 5,50m et 6,10m de diamètre pour une hauteur équivalente ou légèrement plus haute. Il est fabriqué à l'aide de trois perches ( bois souples et légers, souvent du cèdre blanc) nouées en un point culminant à l'aide d'un cordage pour former une pyramide à base triangulaire. Il utilise ensuite entre 17 et 25 perches de bois pour finaliser une forme de cercle planté dans le sol et forme un cône. Les perches font dix cm d’épaisseur en bas et cinq cm en haut. Mode de vie Les sioux passaient beaucoup de temps à l’extérieur et leur habitat leur servait pour s'abriter lorsqu'ils cuisinaient, discutaient ou dormaient. Le tipi a un accès qui donne sur un foyer central entouré de pierres. La circulation et les discussions se déroulaient autour de centre. Pendant la nuit, des couchettes en peaux de bisons ou d'ours était étendues sur des tapis de joncs tressés. La forme ronde au sol du tipi représente l'harmonie, l’égalité et l'infini de l'univers. Les amérindiens organisaient leurs villages en cercle et orientaient leur ouvertures vers le soleil levant (à l'est). Ils gardaient leurs biens près de l'ouverture ( nourritures, chevaux, trophées). Adaptation aux saisons et aux conditions extérieures Cet habitat supporte très bien les contraintes physiques quotidiennes car il est aérodynamique et le vent n'a pas de prise sur lui. Sa forme conique lui permet de gérer l’écoulement de l'eau qui est éloigné par la pente raide du tipi. Sa souplesse lui permet de résister à des petit tremblements de terre et ses fixations au sol sont repositionnables facilement si besoin.

Le cône a un volume très petit par rapport à la surface au sol. Il est donc économe à chauffer car il a une surface minimale exposée au vent et à la pluie qui refroidit l'habitat en hiver. Sa forme demande une quantité de matière minimale pour isoler la totalité de l'espace. En hiver, une couche (peaux de bisons) supplémentaire est ajoutée avec des broussailles entre les deux couches qui permettent d'isoler l'habitat en ralentissant la convection dans l'air qui occasionne des pertes de chaleur.

En été, la forme du tipi expose une moitié extérieure au soleil et l'autre à l'ombre tandis que l’intérieur et confortablement ombragé. La ventilation pouvant être accentuée en soulevant les bas des peaux pendant la journée pour permettre au vent plus frais de renter à l'intérieur.

Mode d’adaptation du tipi en fonction du climat

Qualité de vie proposée Le tipi est minimal dans l’équipement interne qu'il propose. Cet espace permet d'entretenir la sociabilité, d'avoir une zone privée, de se chauffer, de cuisiner, de s’éclairer, de dormir et s'abriter. Il ne propose pas de gestion de déchet, d’accès à l'eau potable, d'ouverture lumineuse et son insonorisation reste très basique. Ses atouts majeurs sont son poids limité et son temps de montage et démontage qui permet de le déplacer rapidement et relativement facilement ainsi que sa facilité à s'implanter dans un terrain ( pas besoin d'un sol particulièrement docile ou profond). Son coût d'investissement est faible et sa maintenance est aisée car la simplicité de sa conception le rend très facile a réparer.

2.3. L'enveloppe protectrice de l'habitat contemporain

Cette partie analyse trois méthodes de construction d'habitats contemporains répondant aux mêmes critères. L'accent est mis sur la qualité de l'enveloppe protectrice, la mise en forme, les qualités écologiques et économiques, la durabilité, le confort adapté aux conditions climatiques et géographiques et les délais de réalisation. 1. Le Super adobe de Nader Khalili Nader Khalili est un architecte irano-américain qui a inventé la technique Super adobe dans les années 1980. Une architecture construite avec des sacs de sable et du barbelé pour stabiliser la construction. Son projet a été publié, sous le nom de "Velcro-adobe"et présenté à la NASA pour envisager la construction d'habitats sur la Lune et sur Mars. Les techniques de construction sont simples et utilisent très peu de matériaux synthétiques (emballage et pièce d'assemblage) pour favoriser une utilisation de matériaux naturels et abondants.

Super adbobe, Nader Khalili, source: earthbagbuilding.com

Elles utilisent des sacs imperméables, de grande taille remplis d’un mélange de terre et/ou de sable suivant les ressources disponibles localement (un mélange des deux en fonction des ressources disponibles localement) et d’un stabilisateur tel que la chaux, la paille ou le ciment. La terre est séchée (pour éviter les attaques d’insectes ainsi que la moisissure) avant d'être mise dans les sacs et tassée pour proposer des niveaux plats et compacts. Les matériaux de remplissage sont non-toxiques et ne produisent pas de vapeurs nocives. 61

“A spider web is a natural structure that works by ultimate tension, and an eggshell is a structure that works by ultimate compression. Both use the minimum and the appropriate material with maximum efficiency. Just as we learn to build suspension bridges with ropes and cables in imitation of spider webs, we can learn to build domes in imitation of eggshells, building in maximum tension or compression.” Nader Khalili, Ceramic Houses and Earth Architecture: How to Build Your Own

Les sacs (matériau d'emballage) sont résistants aux inondations et la terre fournit l'isolation thermique et acoustique ainsi qu'une propriété incombustible. Les sacs sont flexibles et permettent un champ de formes variées ; les formes aérodynamiques sont utilisées car elles résistent mieux aux ouragans et aux tremblements de terre et ne subissent pas de charge du vent. Les formes proposées permettent un écoulement continu et rapide pour éviter que la pluie et la neige stagnent. Les sacs sont empilés comme un mur de brique avec du fil de fer barbelé (ou un système velcro) placé entre chaque étage de sacs pour agir à la fois comme du mortier et pour ajouter de la tension et de l’adhérence pour empêcher les mouvement horizontaux. Une fois les murs montés pour former une structure autoporteuse, une couche d’enduit protecteur est ajoutée pour protéger le plastique du rayonnement solaire et optimiser la durée de vie de la construction. Cette enduit sert également de première ligne de défense face a l'eau de pluie. Écologique et économe Nader Khalili propose une solution peu énergivore et diminue radicalement les matériaux émetteurs de gaz à effet de serre. Son habitat peut être réalisé sur tous les sites qui ont du sable ou de la terre pour un coût dérisoire. Le peu de plastique utilisé (sacs polypropylène) empêche les infiltrations d’eaux du sol par capillarité. Sa proposition permet de créer des ouvertures en utilisant des objets de récupération (troncs d'arbres, pneus ou bouteilles en plastique) pour servir de support temporaire lors de la création d'arches ou cercles qui seront les ouvertures des portes et des fenêtres. 62

Résistance, durabilité et mise en forme: Les techniques d’empilement de sacs pour établir des murs ou des constructions ont été employées maintes fois, p.ex dans des contextes de guerre (comme abris anti-obus ainsi que pour lutter contre les inondations). Elles ont des qualités indéniables et sont réévaluées par Nader Khalili pour envisager une utilisation à des fins pacifiques : le logement de haute qualité à prix réduit (coûte moins de 10.000€ pour 50 m2 réalisable en France) avec un confort contemporain (eau, électricité, fenêtres double vitrage…) et un temps de construction de moins de trente jours pour 50m2 construit par des amateurs non professionnels. L’inertie thermique de la construction est très bonne car les mur épais ont une masse importante qui permet une régulation de la température intérieure. Les murs peuvent garder la fraîcheur de la nuit pour la restituer et garder la chaleur de la journée pour faire de même la nuit. Application: Cette construction a globalement une empreinte carbone minime. Les formes choisies sont des dômes autoporteurs qui réduisent au maximum l’utilisation de matériaux synthétiques. Elle apporte un avantage majeur : la construction ne nécessite aucune structure métallique ou en bois (charpente) ni échafaudage pendant la construction. Ceci permet une économie d’énergie et contribue à protéger les forêts protectrices pour la lutte contre les émissions de carbone. Elle propose donc un gain de temps important et réduit les coûts économiques liés à une construction contemporaine classique (peu de matériaux à fabriquer et à transporter sur place). L'habitat super adobe est réalisable pour plusieurs type d'usages et d'usagers car il représente une technique de construction adaptable en fonction des besoins et non un habitat en tant que produit fini. Il peut même être réalisé sans le besoin d'une proximité avec une zone boisée ou une industrie locale pour subvenir à des besoins matériels. Si sa forme ou son emplacement ne conviennent plus, il est possible de restituer la majorité des matériaux de la construction au territoire d’accueil. 63

2. L'Earthship de Michel Reynold Le Earthship (vaisseau sur terre) a été imaginé par Michel Reynold dans les années 1970, pour répondre aux problèmes écologiques de notre époque. Il utilise deux éléments principaux pour réaliser son œuvre. D’abord il considère certains de nos déchets comme des matériaux pouvant être assemblés pour être utilisés comme structure du système d'isolation pour la création d'un habitat. Ensuite il envisage l'autonomie indépendante; la vie ''off-grid'', sans liens avec les réseaux de la ville ( électricité, gaz, eau potable, système d'égout). Il présente sa technique de construction comme une technologie durable pour permettre la construction d'un habitat confortable grâce aux matériaux ''bons pour la poubelle''. Son projet est une réponse à la surconsommation et participe à un processus de valorisation de matériaux qualifiés de déchets

Earthship, Michel Reynoldhttps://en.wikipedia.org/wiki/Earthship

Ses matériaux principaux pour créer une enveloppe protectrice performante sont les pneus, les canettes en aluminium, les bouteilles en verre et la terre ou le sable (en fonction des ressources disponibles) comme matériau de remplissage pour obtenir une habitation durable et rentable en minimisant sont impact écologique.

Michel Reynold construit ses ''maisons passives'' grâce à la géothermie : éoliennes, panneaux solaires, orientation de serre au sud pour accumuler un maximum de chaleur et une récolte d'eau pluviale. Il utilise également des systèmes en cycle fermé pour minimiser les pertes, p.ex, la réutilisation des eaux usées pour arroser ses plantes. Il intègre une serre pour pourvoir en partie aux besoins alimentaires des utilisateurs qui sert également à purifier l'eau.

La technique de construction qu'il propose comprend quand même plusieurs facteurs problématiques dus à l'ambition du projet et aux contraintes impliquées. Les matériaux utilisés doivent être triés puis réunis dans un état correct. Une fois les matériaux rassemblés, ils demandent beaucoup de moyens (énergie, temps et véhicule) pour être transportés sur place et des pièces d'assemblage précises pour le montage. Ensuite cette technique de construction demande beaucoup d'heure de travail pour assembler les matériaux ( monter les murs demande beaucoup de patience et des temps mort pour le séchage). Son projet a également besoin d'un espace considérable car il souhaite subvenir aux besoins alimentaires, ce qui requiert une surface de terre importante. Malgré toutes les bonnes intentions, ce type de construction est plutôt un façon de montrer qu'avec un peu de réflexion nous sommes capables de changer notre regard vis a vis des matériaux déchet pour construire, dans ce cas, une barrière environnemental élégante et performante pour l'habitat. Aspects écologiques et économiques Cette technique de construction peut proposer une enveloppe protectrice énergétiquement performante et résistante grâce aux murs épais qui ont une bonne inertie thermique et à l'orientation des fenêtres qui permettent un gain solaire considérable. Une économie énergétique est réalisée grâce aux vitres orientées au sud qui permettent un gain de chaleur maximum. Cette énergie thermique est emmagasinée par la terre contenue dans les mur qui diffusent la chaleur lentement dans la maison la nuit et gardent la fraîcheur de la nuit pour la restaurer la journée. Ceci permet de supprimer les coûts liés au chauffage et à la climatisation. Les matériaux de construction étant, pour une bonne partie, des déchets sont gratuits avec pour conséquence évidente de diminuer le prix de construction de ce type d'habitat. Le point moins écologique concerne l'utilisation de pneus qui relâchent des gaz nocifs au cœur de l'habitat. Ces pneus sont protégés par la terre et par l'ombre qui participent à diminuer les dégagements gazeux mais en cas d'incendie cela pourrait être un problème, même si l'utilisation de la terre limiterait les risques. 65

Résistance, durabilité et mise en forme: Une fois la construction réalisée, elle est résistante car elle est composée de couches épaisses de matériaux qui ont une durée de vie extrêmement longue. Sa forme est aussi étudiée pour avoir un apport de lumière naturelle maximal en été comme en hiver et son utilisation des pentes permet une bonne gestion des flux d'eau et du vent. Application Cette technique de construction ultra performante et autonome à partir de matériaux ré-utilisés est un exemple concret du potentiel de nos déchets. Les applications de ce type de construction sont claires. Si nous avons accès à une décharge nous avons des matériaux de construction gratuits. Si nous sommes dans cette démarche c'est sûrement parce que nous avons peu de moyens financiers, ce qui pose un problème concernant le transport des matériaux (sauf si nous voulons et pouvons vivre à coté de la décharge). Il est bien de ré-utiliser les matériaux pour construire un habitat durable et les assembler. En conséquence ce type de construction est problématique sur de nombreux points. Conclusion Ces techniques de construction permettent de construire des habitats qui conviennent à nos besoins sans prédéfinir notre mode de vie. Elle sont adaptables par l’utilisateur et ont une certaine marge de souplesse concernant les matériaux de départ et la forme finale. Les techniques de construction sont peu coûteuses et proposent un logement de haute qualité. La technologie super-adobe est plus facilement réalisable car les matériaux sont pour la plupart déjà sur le site de construction et le temps de montage est nettement plus rapide.

3. Des contre exemples Les habitats évalués ci-dessous sont des contre exemples rapidement analysés pour comprendre les contraintes que les réalisations présentées précédemment ne posent pas. Ils sont des produits ''finis'', qui ont déjà déterminé le mode d'utilisation et le nombre d'utilisateurs. Leur conception représente un exploit au niveau de leur autonomie et de la gamme de territoires qu'ils peuvent occuper mais ils présentent des contraintes liées à la spécificité des pièces nécessaires pour obtenir un tel logement (ils ne sont donc pas réalisables de façon indépendante) et sont accessibles uniquement pour une population ayant des moyens financiers. Ils sont également très lourds (difficile à transporter malgré leur conception qui tient compte des contraintes du transport) et consomment beaucoup d’énergie (bilan écologique) pour être fabriqués. Ils sont donc plutôt destinés à une utilisation temporaire plutôt qu'à une utilisation quotidienne. L'Eco capsule Le cabinet slovaque ''Nice Architects'' a crée un petit habitat compact, portable et autosuffisant. La capsule est envisagée pour une utilité temporaire adaptée à une activé de loisirs. Elle est pensée pour deux adultes et comprend l’équipement d'un studio (coin cuisine, douche, toilette, un lit et des placards) dans une surface de 10,3m2. Cette capsule est autosuffisante en énergie grâce à des panneaux solaires et une éolienne rétractable (750W) équipée d'une batterie. Elle est capable de filtrer l'eau de pluie et peut être installée dans une gamme de conditions climatiques très large allant du désert à la montagne.

Ecocapsule, https://www.ecocapsule.sk/

L’éco capsule est équipée de deux fenêtres et propose une lumière traversante. Elle a quatre roue rétractables pour pouvoir être déplacée et une accroche au dessus pour être soulevée par hélicoptère ou à l'aide d'une grue. Son prix est fixé a 79000€, inaccessible pour beaucoup mais il est intéressant de voir l’élégance du design aérodynamique extérieur et l'équipement possible dans un si petit espace. Ce type d'habitat convient à une utilisation temporaire mais pas pour un habitat avec un mode de vie durable. Diogene- renzo Piano Le projet Diogene de Renzo Piano est une unité de vie pour une personne. Diogene est minimaliste et fonctionne en tant que système indépendant. Il vient s’implanter dans des conditions climatiques variables, indépendamment de son environnement grâce à un espace entre le sol et la zone de vie et une isolation performante dans les murs et la toiture. La cabine fait 7,50m2 et elle est conçue comme un «lieu volontaire de retraite». L’unité est construite en panneaux de bois lamelléscroisés avec un revêtement extérieur en aluminium pour refléter la chaleur. Suffisamment d'énergie est produite pour satisfaire l'ensemble des besoins énergétiques grâce à des panneaux solaires. L'eau de pluie est collectée, filtrée puis réutilisée et chauffée si nécessaire par une chaudière sur le toit. L’espace intérieur est transformable en fonction de l’activité du moment (chambre ou salon). L’intérieur est divisé en deux zones différenciées : un espace de vie et un coin douche, toilettes et cuisine. Cette habitat coûte 22000€.

Diogene, renzo-pianos, source: http://inhabitat.com

Conclusion Ces deux modelés d'habitats sont intéressants car ils permettent de vivre dans plusieurs sites grâce à leurs enveloppes protectrices bien conçues. La qualité de vie atteinte dans un espace si petit est aussi une preuve d’économie de matière première et de place. Ces habitats temporaires sont également autonomes. Ces facteurs sont importants pour la création d'une enveloppe d'habitat durable. Ce type d'habitat est utile pour déterminer les objectifs à atteindre mais leur présentation clé en main ne permet pas d'adaptation. Ces exemples sont éclairants mais ne peuvent pas servir de guide pour le choix d'une enveloppe protectrice souple et écologique qui pourrait épouser plusieurs types d'usage et être conçue en fonction des besoins des utilisateurs.

2.4. Les objets conçus comme des enveloppes protectrices

Quelles sont les techniques utilisées dans des domaines autres que l'habitat au sens strict qui peuvent servir de référence pour notre sujet ? La tasse de thé à double paroi (air contenu) Cette tasse de thé utilise une double paroi en verre pour contenir de l'air (contenu) entre le liquide (chaud ou froid) et la main. Elle peut être tenue sans risque de se bruler car elle est isolée par une couche d'air dans un espace clos qui diminue le transfert de chaleur. Nous pouvons constater ce phénomène naturel avec une petite expérience : en plaçant un glaçon entre deux verres à double parois (air immobile d'une épaisseur de 1 cm) et un autre glaçon entre deux verres ordinaires. Ce test a été réalisé a une température ambiante de 21 degrés avec des glaçons qui ont une dimension de 3cm de longueur, 2cm d’épaisseur et 1.5cm de hauteur. Le glaçon dans les verres normaux a fondu en 26 minutes et celui dans les verres à double parois a fondu en 2 heures et 10 minutes. Dans cette catégorie nous avons tous les systèmes gonflables comme le zodiac, le matelas et le papier bulle. Ce dernier est un moyen efficace d'isoler et protéger souvent utilisé pour l'emballage. Aujourd’hui il existe du papier bulle qui peut être transporté puis gonflé sur place pour économiser de la place lors du transport.

Verre a double paroi avec vide d’air, source: http://www.bodum.com/

L'air sec et contenu est très efficace pour l'isolation. Nous pouvons l'observer dans les parois de bâtiments comme le double vitrage, les briques mono mur, le béton cellulaire et le béton alvéolé... Le principe est simple. Il faut contenir l'air dans une multitude d'espaces séparés (les plus petits possibles). Ces recherches peuvent s'appuyer sur des matériaux écologiques très divers.. Pour les plus écologiques il y a le mélange de terre et de paille, la laine de verre et les matériaux nouveaux comme l'aérogel (ces matériaux sont détaillés plus tard).

La couverture isothermique La feuille de polymère recouverte d'une fine couche de mylar est le matériau le mieux adapté de sa gamme (prix et efficacité). Ce matériau est réfléchissant comme d'autre (aluminium, les revêtements peinture à faible émissivité, les matériaux blanc, le Kapton... etc). Ce matériau est particulier car il a deux faces qui opère différemment : une qui permet d'absorber les rayon IR et l'autre qui les réfléchit a 90%. Ce matériau est utilisé comme couverture de survie, pour les combinaisons de pompiers , pour la préservation de bien (emballage) et même par la NASA (mission Appolo qui à assuré le contrôle thermique grâce à 25 couches de mylar sur un support d'aluminium). Pour expliquer le fonctionnement de ce matériau nous pouvons observer son fonctionnement lors de son utilisation en tant que couverture de survie.

Emploi d’une couverture de survie pour chauffer l’utilisateur, Source: http://materiel.hellopro.fr/

La couverture de survie est composée de deux faces, une dorée et une argentée. La face dorée absorbe les rayon infrarouge et la face argentée les réfléchit. Supposons que la couverture est utilisée pour éviter l’hypothermie (le sujet a froid). La victime porte la couverture avec la face dorée à l’extérieur pour absorber les rayon IR du soleil. La partie argentée est donc vers la victime et permet de renvoyer 90 % de la chaleur corporelle. Pour que la couverture soit efficace il faut maintenir de l'air entre la personne et la couche argentée et bloquer la sortie d'air au niveau du cou (pour une personne assise ou debout) pour limiter la perte de chaleur qui va naturellement monter. Cet air va être réchauffé par le va et viens des rayons IR entre l'homme et la couverture. Ces facultés peuvent être très utiles pour limiter le transfert thermique non voulu et permettent d’évacuer ou d'absorber les rayons IR en fonction de l'utilité recherchée.

L’expérience faite plus haut, utilisant le verre a double paroi contenant de l'air immobile pour isoler un glaçon peut être reproduite en appliquant une couverture isothermique autour des verres pour ralentir d'avantage le transfert thermique.

Les matériaux réfléchissants combinés avec de l'air contenu forment une enveloppe protectrice très performante pour un coût minimal. Nous pouvons observer sa mise en forme dans plusieurs produits comme la thermos et le sujet suivant : le matelas gonflable qui isole grâce à deux couches d'air immobiles et une matière réfléchissante.

Le matelas NeoAir Xtherm (compagnie Thermarest) Ce matelas est conçu avec un tissu en nylon qui contient deux bandes d'air immobile de 3,15 cm d’épaisseur incluses dans des espaces divisés de forme triangulaire. Le matelas fait 1.96 cm en longueur, 63 cm en largeur et 6,3 cm d’épaisseur. Il est équipé d'une barrière réfléchissante placée entre les deux bandes d'air. Le matelas réfléchit le froid venu du sol vers le bas et en réfléchissant la chaleur corporelle vers l’utilisateur. L'air entre l'homme et le matelas sert à stocker la chaleur procurant une réelle sensation de chaleur.

Le NeoAir Xtherm est le matelas ultra léger 4 saisons de Thermarest ! Il a une résistance thermique (R-Value) de 5,7 pour un poids de 430 g en 183 cm, ce qui en fait de loin le matelas 4 saisons le plus léger du marché. Le NeoAir XTherm est utilisable jusqu’à une température de -20°C. Il s’avère parfait pour le bivouac hivernal ! - avis ''Aventure Nordique'' spécialiste de la grande itinérance.

La limite de ce produit est son imperméabilité qui est une qualité mais qu'il faut savoir adapter pour ne pas susciter des problèmes liés à l'humidité. Pour évaluer les moyens envisageables pour résoudre cette difficulté nous pouvons observer le produit qui réunit le ''matelas-sac de

Fonctionnement du matelas Neoair Xtherm, http://www.aventurenordique.com/

couchage-tente de bivouac'' développé par les chercheurs de l’Empa* en collaboration avec la start-up «Polarmond» ; ce produit est dénommé la ''magic tent''. Cette tente pour une personne combine plusieurs éléments nécessaires à une enveloppe protectrice en un produit. Elle chauffe à la chaleur corporelle (jusqu’à moins 30 °C) et permet une gestion de l’humidité grâce à une régulation continue de la température intérieure.

‘’Ces deux chercheurs ont donc conçu une isolation sous forme de sandwich formée d’un remplissage en fibres synthétiques à haut pouvoir gonflant et d’une couche réflectrice du type de celles utilisées sur les combinaison spatiales. La difficulté avec l’humidité était que l’on désirait la transporter loin du corps mais qu’en même temps la couche isolante devait rester sèche. Un «inlett» spécial, une sorte de couverture, a permis de résoudre partiellement ce problème. Sa face en contact avec le corps est formée d’une couche respirante qui laisse passer la vapeur d’eau. Sa face extérieure, donc celle dirigée vers l’espace intérieur de la tente, est elle imperméable. L’humidité reste ainsi prisonnière de l’inlett et peut être éliminée le matin sous forme de gouttes d’eau ou de cristaux de glace en secouant simplement l’inlett. Comme l’inlett n’est toutefois pas une enveloppe fermée comme un sac de couchage mais «seulement» une couverture, il se produit inévitablement un échange d’air et ainsi aussi d’humidité à l’intérieur de la tente. Pour que la couche isolante reste malgré tout sèche, la face intérieure de l’espace de couchage est pourvue d’un revêtement imperméable à la vapeur d’eau. L’humidité restante est absorbée par l’air réchauffé de l’espace intérieur et peut s’évacuer à travers une ouverture de ventilation munie d’une fermeture à glissière. Cette ouverture de ventilation permet aussi d’obtenir une température intérieure approximativement constante en cas de variations de la température extérieure, évitant ainsi aux occupants de transpirer.’’ Lorenz Huber auteur pour Polarmond et l’EMPA

*(L’Empa est l’institut interdisciplinaire de recherche pour les sciences des matériaux et le développement de technologies du Domaine des EPF (écoles polytechniques fédérales))

Conclusion sur les technologies qui peuvent contribuer à développer une enveloppe protectrice Les technologies identifiées précédemment nous permettent de visualiser des exemples concrets d'enveloppe protectrice supérieures à nos systèmes utilisés pour concevoir un habitat moderne. Ces matériaux retenus pour développer l'enveloppe pour l'habitat sont peu chers, efficaces, légers (facilement transportables), peu polluants et durables. Les matériaux retenus sont l'air, la couverture isothermique et le tissu en nylon. Nous pouvons conclure qu'une paroi protectrice peut être réalisée en utilisant de l’air (immobile) contenu et successivement positionné par couches (leurs petite taille et les multicouches vont permettre de ralentir la cause principale de transfert thermique dans ce modèle, la convection) des deux côtés d’une feuille isothermique réfléchissante. Le système de la couverture de survie est le meilleur choix car il permet d'absorber et de restituer la chaleur tout en étant très résistant. Au delà de ces possibilités il semblerait que les choix propices pour résoudre le problème d'humidité peuvent être le recours à la terre qui peut absorber l'humidité et/ou un système de ventilation. Pour l'air (cf.supra/planète) nous pouvons avancer que le dioxyde de carbone peut être le choix le plus pertinent pour ses capacités à contenir l’énergie (ceci revient à l’étude du earthship qui utilise les ''déchets comme des ressources potentielles''). Avant de passer aux matériaux mieux adaptés pour développer une enveloppe protectrice durable et efficace soulignons qu'il faut éviter les transformations irréversibles des éléments naturels.

2.5. La terre et l'air, éléments matériels essentiels pour l'enveloppe protectrice de l'habitat Les préoccupations déjà évoquées concernant les effets indésirables du choix de certains matériaux conduisent à s'intéresser à l'utilisation des ressources considérées comme inépuisables et le moins polluantes possibles. Sans exclure d'autres ressources, comme les pierres, le bois, la flore et, à un moindre degré, l'eau (graves problèmes d'approvisionnement ou de régulation de l'eau dans plusieurs régions du monde), il paraît utile, pour la compréhension des solutions pour le futur, exposées plus loin, de percevoir comment et pourquoi s'intéresser à deux éléments à priori inépuisables : la terre et l'air. 1. La terre La terre est la ressource la plus prisée pour construire un habitat. Ce matériau détient de nombreuses propriétés qui nous conduisent à apprécier comment nous pouvons l'utiliser pour créer une enveloppe protectrice. La terre est une matière première disponible en grande quantité. Elle se situe en surface de notre planète et contient les minéraux et l'eau favorisant la vie terrestre. On la trouve dans des environnements secs, humides, froids et chauds. Sa disponibilité abondante a permis son utilisation pour la construction d'habitats depuis des milliers d'années. Aujourd'hui cette ressource traditionnelle entre pour 40 % dans la construction des habitations et ses propriétés respectueuses de l'environnement font l'objet d'un nouvel intérêt.

''40% de l'humanité habitent des constructions en terre crue (source UNCHS). 17% des monuments inscrits au patrimoine mondial de l'humanité sont en terre crue: forteresses marocaines, pyramides d’Égypte...On trouve chez nous (en France) : le pisé en Isère, l'adobe dans la région de Toulouse, le torchis dans les Landes, la bauge en Vendée...'' La maison durable - Grégoire DUQUESNE La souplesse du matériau offre des possibilités architectoniques et esthétiques diversifiées. La terre comme matériau de construction est

peu énergivore et contribue à une réelle démarche de développement durable. La terre apporte une bonne inertie thermique et une régulation hygrométrique. Ses propriétés non-combustibles, ses atouts écologiques ainsi qu’économiques et sa disponibilité locale à grande échelle valorise l’utilisation de ce matériau.

Analyse de la terre Composition chimique d'une terre de haute qualité: ''Silice (60-

70%), Al2o3 (18-25%) + TiO2 (0,5-1,5%), sesquioxyde de fer (1,53%), potasse (1-1.4 %), chaux (0.5%), magnésie (0,5%), et des trace de soude.'' ( Le Centre de la Culture et des Techniques de la Terre) La terre doit être analysée pour déterminer le meilleur usage possible. Il faut tester la quantité d’argile que contient le sol car, la proportion des différents constituants vont déterminer comment la travailler. Si elle contient plus de 40% d'argile, elle peut être utilisé directement. La terre peut être classifiée en trois catégories pour la construction. Ces catégories déterminent l'usage possible en fonction de la qualité de la terre à disposition. 1. Le premier type définit les terres difficilement utilisables. Une terre pauvre est une terre exclusivement sableuse ou exclusivement argileuse. Si la terre est exclusivement sableuse elle n'aura pas de cohésion. Si la terre est exclusivement argileuse la construction manquera de rigidité. 2. Le deuxième type de terre est une terre riche en éléments fins. Cette terre convient au modelage et au moulage humide. Cette terre est parfaite pour les techniques de constructions comme l'adobe et la bauge. 3. La troisième catégorie est une terre plus sableuse et grenue. Cette terre est parfaite pour tout les types de constructions et le compactage à l'état sec. Ces techniques incluent les briques de terre comprimée et le pisé.

Comment construire avec la terre La Conductivité thermique (W(m2/K) pour une température de 20 °C Adobe (terre crue) 0,32 Brique (terre crue) 0,84 Terre (sèche) 0,75 La terre offre des possibilités d'utilisation variées. Elle est peu énergivore et contribue ainsi pleinement a une réelle démarche de développement durable. La terre apporte une bonne inertie thermique et une régulation hygrométrique (la présence d'humidité dans l'air est régulée, absorbée, stockée puis restituée lorsque l'air ambiant s'assèche).

''Elle évite l'excès d'humidité qui provoque des rhumatismes et évite le manque d'humidité qui provoque des problèmes oculaires, inflammatoires et respiratoires.'' - (rapport de l'Université de Xian, en Chine ; colloque international de la terre crue à Pékin, nov 1985). Elle est durable, ne relâche pas de toxicité, elle a de très bonne propriétés en inertie thermique, elle consomme peu d'énergie pour être transformée ; elle ne demande aucune énergie pour retrouver sa fonction de sol, elle résiste au feu et peut supporter des séismes. Un mur de terre régule également les facteurs liés à la qualité de vie d'un espace: Il permet une climatisation autonome en été (respiration des murs et bonne diffusion de la vapeur d'eau), une perméabilité au rayonnement solaire et une isolation phonique, une correction acoustique naturelle et une absorption des odeurs. Elle offre une grande richesse polychromique et supporte toutes les formes qui prennent en compte la gravité naturelle. Ses propriétés non-combustibles, ses atouts écologiques ainsi qu'économiques et sa disponibilité locale sont un atout évident pour la construction de l'habitat. Il existe plusieurs systèmes traditionnels pour la mise en œuvre (p.ex. torchis appliqué sur une armature, le damier, le terre-paille, le pisé, la bauge, les briques, les blocs de terre comprimée etc.). 79

Les systèmes les plus utilisés sont :

L’adobe Les adobes sont des briques de terre crue. La terre doit être sablo-argileuse et de granulométrie fine avec un taux d’argile de 20/30 %. Elle est mélangée avec des fibres végétales (souvent de la paille) pour favoriser l’isolation. Elle est malaxée et humidifiée plusieurs fois avant la confection des briques. Elle est ensuite tassée manuellement dans des moules et, traditionnellement, séchée au soleil. Mais ce type de séchage est déconseillé car les briques ont ensuite tendance à se fendre. Cette technologie ancienne de mise en œuvre est d’origine arabe.

Fabrication des briques Il faut ajouter une couche de sable sur un terrain plat pour éviter que les briques s'émiettent lors de l'extraction des moules. Les moules doivent également être sablés et la terre bien tassée dans les coins pour obtenir des briques nettes. Les proportions de mélange pour former les briques d'adobes sont de six litres de terre pour un litre de paille. Cette technique permet de construire des grosses briques, avec une taille minimale de 16 cm de long. La surface des briques doit être égalisés avec une surface ronde (p.ex un bâton). La période idéale pour la fabrication des adobes est au tout début de l'été pour permettre un séchage naturel sans ajout d’énergie extérieure. Après quatre jours, il faut les redresser pour permettre à chaque facette des briques d’être exposée à la circulation de l'air et au bout de 2 semaines on peut commencer la construction. Le temps optimal de séchage est d'un mois mais les briques sont déjà très solides après la deuxième semaine.

Pour une application optimale, les premières rangées de briques doivent utiliser un mortier en chaux pour éviter les remontées capillaires. Les briques doivent être rapidement trempées dans l'eau avant la pose si elles sont trop séchés. Pour les trois première rangées, le

mortier est composé de terre, si possible légèrement moins argileuse que celle utilisée pour les briques. Le mortier, composé d'un litre de terre pour deux litres de sable peut s'appliquer à la main. Pour s'assurer que la construction soit durable et facile à entretenir, il est conseillé d'utiliser des briques hydrophobes (autre matériau p.ex la pierre) ou un imperméabilisant pour les deux premières rangées ainsi que d'ajouter des plinthes pour les parois intérieures. Ceci permet de protéger la structure de l'eau ( p.ex. La serpillière). Le Pisé Le Pisé est une technique de construction exploitée dans le Maghreb et dans plusieurs région française (Picardie, MidiPyrénées, les Gers, ex...). Elle utilise de la terre sablo-argileuse, idéalement tamisée puis humidifiée pour édifier des murs massifs Pour utiliser cette technique il faut une terre avec un taux d’argile de 10 a 15 % . La terre peut avoir des cailloux allant jusqu’à cinq cm de diamètre. Ceci apporte un avantage de résistance mécanique ( pas besoin d’enduit car la présence de gros cailloux apporte de la solidité. Les murs édifiés peuvent être très larges, jusqu’à 2,20m et d’au minimum 65cm. La mise en oeuvre utilise une technique dite ‘’sèche’’, avec un taux d’humidité de 15%. La construction débute avec un coffrage en fondation (appelé banche). La banche est remplie de terre ( sans obligation d’être préalablement brassée) entassée puis compressée à l’aide d’une ‘dame’ ou d’un ‘pissoir’. En général, on met une couche de 15 cm de terre que l’on tasse jusqu’à qu’elle n’en fasse plus que 10. La mise en place des banches se fait en quinconce. Le coffrage est ensuite enlevé puis la deuxième rangée s’accroche à la première qui, une fois la terre arrivée suffisamment haut, s’enlève pour être installée en troisième position, et ainsi de suite. Le mur est séché a l’air libre. Cette technique peut aussi être couplée entre des piliers d’un autre matériel. Les qualités et les inconvénients d'une construction en terre La terre se trouve de façon naturelle et les processus de fabrication sont simples. La facilité d’élaboration des murs en terre a

rendu ce type de construction très populaire. Elle peut être édifiée sans équipement complexe et peut-être transformée en habitat par des non professionnels. L'utilisation de la terre n'a pas d'impact environnemental, la construction sera réintégrée à la nature. Ce matériau a l'avantage d’être naturellement présent dans l'environnement. Cet emprunt à la nature est entièrement restitué à la fin de la vie d'une construction. La construction en terre permet une économie d’énergie. La fabrication (des briques d’adobes ou d'un mur en pisé), utilise très peu d’énergie comparée à celle d’un mur fabriqué de matériaux industriels. Grâce à ses propriétés régulatrices elle peut souvent se passer de systèmes de chauffage ou de climatisation qui émettent du CO2. Elle est aussi durable car elle est solide et résiste bien aux ouragans, aux tremblements de terre (par sa souplesse) et aux incendies (incombustible). Bien que la terre présente un grand nombre de qualités, il y a d'autres matériaux de construction disponibles qui sont plus performants dans certains domaines. En effet il y a deux problèmes majeurs avec ce matériau : 1) La terre crue est difficile à utiliser pour des constructions de plus de deux étages. Elle n'a pas la meilleure résistance en compression ni en traction. 2) La terre est vulnérable à l'eau qui peut l'éroder rapidement pour la restituer à la terre. Il faut donc des fondations en pierre ou autre matière résistante à l'eau pour protéger les pieds de l’édifice et un auvent ou couche protectrice (imperméable) pour empêcher la dégradation des murs.

2. L'air

Remarque préalable: pour la construction de l'habitat, l'air

dont il s'agit est celui qui est contenu dans une enveloppe adaptée. L'air est utilisé pour réaliser des structures portées par la mécanique des fluides et la tension interne de l'air contenu par un tissu imperméable. Les formes réalisables sont structurellement modelées par les forces de tension intérieures qui interagissent avec un volume défini par son enveloppe (film) et cette surpression intérieure donne une forme stable et souple.

Nous pouvons observer une bulle de savon pour comprendre ce phénomène. Le savon forme une surface minimale dans laquelle chaque point est tendu de façon égale et la force extérieure (p.ex le vent) est appliquée uniformément sur l'ensemble de l'enveloppe. L'air contenu pour développer ces volumes sous tension est celui de l’atmosphère. L'utilisation du Dioxyde de carbone ou de l'Argon (tout deux présents dans l’atmosphère et peu cher) sont des gaz performants pour ralentir le transfert de chaleur et stocker les calories (thermiques). Le Dioxyde de carbone (comme le méthane) stocke la chaleur du soleil dans l’atmosphère. L'argon est utilisé dans des combinaisons de plongée pour isoler thermiquement et il est également utilisé pour isoler les fenêtres (entre deux parois) dans des climat froids p.ex au Canada. L'air (atmosphèrique) est également performant si il est contenu sous forme de couches fines et successives (pour limiter la convection des infrarouges vers une zone moins chaude). Nous pouvons observer un produit ''aérogel'' de ''Spaceloft'' qui est constitué à 95% d'air (divisé par de la fibre de verre, du polyester, et du magnésium hydroxyde) qui est un des isolants thermiques les plus efficaces sur le marché. Le mouvement gonflable L'air sous pression (contenu) peut être observé dans des contextes naturels (p.ex les bulles dans l'eau) et prend des formes arrondies. Les produits gonflables réalisés physiquement remontent à l'invention des lanternes flottantes (également appelées lanternes volantes, célestes, thaïlandaises ou chinoises). L'attribution de cette invention revient a Zhuge Liang (chinois) qui eut l'idée d’utiliser des ballons

d'air chaud au IIIe siècle avant J.C pour la signalisation militaire. Cette invention refait surface beaucoup plus tard avec les travaux de Joseph-Michel et Jacques-Étienne Montgolfier qui ont fait une démonstration de la Montgolfiere (gonflée) en 1783. Le gonflable avait démontré qu’il possédait des qualités perçues depuis 1844 avec l'invention du tube de caoutchouc gonflé (la roue) réalisé par Charles Goodyear1890 suivi de la première manufacture de pneumatiques fondée en 1889 par John Boyd Dunlop. Il prend une nouvelle dimension dans les années 1918-20 avec l’invention du matelas pneumatique et les premiers prototypes de zodiac. Au même moment, Frederik William Lanchester imagine les premières structures architecturales réalisées grâce aux propriétés constructives de l’air. Les outils et les techniques de l'époque ne permettaient pas encore de réaliser ses structures gonflables. Walter Bird (ingénieur fanatique de l’aéronautique et des formes courbes) , un architecte américain est le premier à construire une enveloppe protectrice gonflable le << Radome>> dans les années 1940. Les outils gonflables se démocratisent dans les années 1960-1970, (époque dominée par le béton) et ont contribué à un allégement de matériaux utilisés dans plusieurs domaines, notamment le transport : les pneus gonflés, la montgolfière, l’air bag, les bateaux pneumatiques, le parachute et le dirigeable. L’architecture et le mobilier viennent sérieusement se mêler à l’histoire des inventions pneumatiques au début des années 1960. La première chaise gonflable est fabriquée par Unika Vaev à Copenhague dès 1962, en utilisant le design de Verner Panton. En 1967, à Paris. pour l'exposition « mobilier gonflable SJA-Aérolande », des meubles en PVC transparent gonflable sont conçus par les architectes Jean Aubert, Jean-Paul Jungmann et Antonio Stinco et l'air sous une forme rigide est dévoilé au monde.

Ce mouvement architectural est longtemps resté utopique mais en 1970, l’exposition OSAKA 70 dévoile le potentiel architectural de cette technique de construction. Le thème de l'Exposition élaborée par Kenzo Tange est « Progrès et harmonie pour l'humanité ». Cette exposition témoigne des nombreuses qualités architecturales réalisables grâce à l'air sous pression exposées au grand public comme l'économie en matière, la mobilité (montable, démontable et légèreté), la capacité à suivre des géométries complexes et ses qual-

ités renouvelables. Cette exposition présente les deux types de structures concevables, les structures à double paroi (air contenu entre deux membranes imperméables) et celles à simple paroi (alimentation en air continu).

«... ‘‘Les bâtiments pneumatiques sont plus sûrs que toute autre forme de structure. Le principal avantage de la membrane pneumatique est qu'elle s’étire pour prendre n'importe quelle forme ainsi que son petit poids. Même avec des portées de plus de 100m le poids de la structure ne dépasse pas 3 kg / m2. Même si l'alimentation en air comprimé était perturbée, il faudrait beaucoup de temps pour que les grandes enveloppes s'effondrent, puisque l'air enfermé est conçu pour s'échapper vraiment lentement. Même les grands trous et les déchirures ne sont pas dangereux. Si la structure perd de l'air rapidement, la force due au poids de la membrane est si faible qu'’il faudra plusieurs jours avant que l'air enfermé s'échappe, même si les ouvertures sont importantes. -Traduction des structures tendues, Volume One par Fret Otto:

Au même moment, Antfarm, un groupe d'architecte réalise un livre <<Inflatocookbook>> qui est un guide pour la construction destructurée gonflable. Cet ouvrage explique comment réaliser une structure gonflable en identifiant les matériaux envisageable, les pièces d'assemblage, les formes possibles, les prix et la puissance des ventilateurs nécessaire en fonction de la taille. Cette information est diffusée sous forme de bande dessinée. Les structures gonflables continues ont émergé souvent sous forme de hall d'exposition. Les amoureux du gonflables sont nombreux. Hans-Walter Müller permet au gonflable de conserver son dynamisme à travers les années grâce à sa passion pour le gonflable et l'art cinétique. Il est l'une des figure principales qui a valorisé les valeurs d'exposition (lumière, transparence, montage, etc...) de cette nouvelle technique de construction et réalise des structures pneumatiques régulièrement depuis 1968 (p.ex le dôme de la tour de sel, sa maison-atelier et sa structure gonflable de 900m2, place du Trocadéro). Le pneumatique habitable est encore en phase d'exploration et se popularise rapidement chez les jeunes architectes en 1970. Gilles Ebersolt montre un autre spectre envisageable pour les structures

gonflables avec des projet mobiles (la Ballule et la luge multi-utilisateurs) ou son projet tout terrain (radeau des cimes). Le mouvement de l'architecture gonflable évolue doucement. En 1996 un nouveau projet pionnier est créé par Festo Corporate Design, un hall d'exposition ''Airtecture'', réalisé avec des poutres et des poteaux pneumatiques construit en quatre jours. Les éléments structurels conventionnels de l'architecture (murs, colonnes, toiture, fenêtre) sont réalisés avec de membranes sous-pression d'air. La structure principale est constituée de deux rangées de colonnes en forme de ''Y'' tenues ensemble par des poutres d'air de 12,7 mètres de long. Le dernier type de projet gonflable qui participe à rendre cette architecture de plus en plus durable est l’amélioration des membranes sous pression. Cette démarche commence avec le projet ''Metrodome'' de Skidmore, Owings & Merrill Setter, Leach & Lindstrom et Geiger Berger Associates. Ils créent une membrane de téflon renforcée par du fil de fer en 1979. Ce projet est le premier exemple de structure fabriquée à base de résines fluorocarbonées. Il y a deux types principaux : le PTFE (polytétrafluoroéthylène) et le ETFE (copolymère modifié d'éthylène et de tétrafluoroéthylène). Ces matériaux sont utilisés de plus en plus (p.ex la construction du Beijing National Stadium et du Centre Aquatique pour les jeux olympiques de 2008 à Beijing). Ces matériaux ont de nombreuses propriétés intéressantes : la transparence et la légèreté (1% du poids du verre), la résistance au poids (400 fois son propre poids), des propriétés thermiquement isolantes, une surface non adhérente (auto-nettoyant) et une durée de vie estimée à 50 ans. Pourquoi construire avec de l'air?

L’air est un matériau inépuisable et disponible sur tous les sites terrestres. Il offre beaucoup d’avantages : il peut prendre n’importe quelle forme ; la limite de sa géométrie n’existe pas ; il n’a pas besoin d’être transporté donc il ne pollue à aucune étape ; il est facilement restitué à son environnement une fois l’usage terminé ; il est sans couleur (transparent mais peut être coloré) et sans masse physique et laisse la lumière passer sans faire d’ombre ; dans son en-

veloppe l’air est sans odeur et, à la différence de l’air libre souvent pollué, il ne crée pas d’allergies. Nous avons constaté précédemment qu’il est un excellent isolant thermique s’il est contenu et réparti en plusieurs couches pour limiter la perte de chaleur par convection. L’air est gratuit et l’emballage pour l’air est relativement peu cher car l’air peut être contenu avec peu de matière (p.ex. un film de plastique d’une micro-épaisseur) . Le matériau d’emballage donne à l’air la qualité d’être imperméable à l’humidité. Sur les sols terrestres, il est disponible partout. Il résiste aux lourdes charges, il est facile à manier et rapide à utiliser. En cas de problème pour une structure en air ( contenu par du polyéthylène) : 1) Résistance au feu: auto propriétés d’extinction dès que le peu de matière a brûlé 2) Il est contenu par un emballage indéchirable (minceur du matériau) 3) Si elle est percée, l’enveloppe qui contient l’air, peut être réparée. En cas extrême (plusieurs trous) la durée de temps nécessaire pour dégonfler le bâtiment percé est très lente; il y a donc le temps d’évacuer. Conclusion (du deuxième chapitre) : L’enveloppe protectrice est elle adaptée à ses utilisateurs? L’architecture tient un rôle essentiel dans la conception de l’habitat et du mode de vie de l’habitant. Comment définir les trajectoires qui peuvent nous être les plus favorables à court terme et à long terme ? Ce rôle est constamment redéfini pour s’adapter à une société et tout ce qu’elle engendre.

Définition des rôles primaires de l'habitat L'habitat permet de trouver son confort et ses habitudes à l'intérieur d'un espace sain (propre, utilitaire et sécurisé ). Il permet d'accoutumer des profils d'habitants hétérogènes. Cet espace est personnalisé par une projection de soi-même (personnalité, goûts, activités …et envies ) de notre époque et du rapport avec le monde extérieur. Le logement participe à la mémoire collective du territoire et des gens qui l'occupent temporairement. Occuper un territoire activement revient à se l'approprier et donc à l'entretenir et à le respecter. Le territoire qui supporte un logement peut être voisin d'autres occupants. Il sert donc à s'ancrer dans une vie sociétale comme support pour entretenir le tissu social (la communication, l'échange et le rapport avec l'inconnu). L'habitat doit servir l'habitant. Yona Friedman a présenté un principe de construction nommé l’auto-planification (il a établi un manuel). Cette stratégie de construction explique qu'il est difficile pour l'architecte de connaître les préférences des futurs utilisateurs et qu'il est préférable de mettre en place quelque règles fondamentales qui vont permettre aux utilisateurs d'établir leur architecture. Ce concept de construction a quand même besoin de l'architecte pour établir les principes essentiels avant d'entreprendre la construction et les habitants peuvent demander conseil à l'architecte qui supervise et avise les utilisateurs avec des conseils techniques. L'architecte prend donc le rôle de consultant et les habitants bénéficient de ses conseils et de son esprit créatif pour concevoir leur habitat. Ce fonctionnement donne l'opportunité à l'architecte de développer des outils et de proposer une certaine liberté aux utilisateurs ce qui conduit à concevoir un projet personnel pour répondre à ses besoins. Il qualifie son travail comme étant une manière de partager les connaissances nécessaires à l’auto-construction, sans imposer une solution rigide préconçue.

''Alors que la raison d'être d'un objet d'architecture est de donner satisfaction à l'habitant, alors que l'architecte devrait être au service de l'habitant, dans les faits c'est trop souvent le contraire que l'on voit : des habitants insatisfaits, des architectes qui ont priorité sur l'habitant.'' - Yona Friedman

Les outils conçus par l'architecte peuvent formaliser les moyens de développer l'habitat durable accessible à un maximum d'utilisateurs. Les facteurs à prendre en compte lors de la création des outils sont de diminuer au maximum le temps de montage/ démontage, les coûts énergétiques et matériels (pour limiter le coût) et de proposer des outils qui utilisent des matériaux faciles à trouver. Aujourd'hui l'habitat doit répondre à nos besoins et anticiper les attentes de demain. Pour vivre dans un milieu agréable et durable, l'habitat doit exister en harmonie avec la nature qui l'entoure et doit pouvoir l'entretenir. Il doit être adapté aux habitants et à leurs activités. Réalisé avec des matériaux de qualité, solides et stables face aux facteurs physiques extérieurs il doit être facile à entretenir et réparer. L'espace intérieur offrant des lieux de vie privés et communs ainsi qu'un cadre agréable, fonctionnel et personnalisable qui doit pouvoir s'adapter aux changements de goûts des utilisateurs et/ou aux changements d'activités. Tout ceci est déjà très bien identifié et diffusé par le travail de certains architectes. Nous devons également garantir que l'habitat soit le lieu qui permet de gérer nos déchets et nos ressources pour qu'ils deviennent l'engrais écologique d'un prochain processus utile à l'homme et à l'environnement.

III - L'enveloppe protectrice de l'habitat, un sujet propice aux innovations technologiques et architecturales

Ce document part du principe que ''l’architecture doit être dépouillée de tout ce qui n’est pas l’essentiel.'' - Frei Otto. Ces recherches visent à produire une architecture discrète et bienfaisante envers son territoire d’accueil. Pour réaliser ceci et dans le cadre du mémoire, l'habitat est défini comme étant une fabrication organisant le vivant, qui interagit directement avec le territoire occupé pour participer à l'optimisation de l'éco-systeme au service de l'homme.

''Les besoins humains changent, (…) les meilleures solutions architecturales ne suffiront pas aux demandes différentes de demain. La vie est variabilité, pulsation, dynamisme, alors que la forme bâtie est statique. Tout ce que l’on a bâti dans le monde jusqu’à présent est statique, invariable, c’est-à-dire mort…'' constat de 1957, (GEAM) le Groupe d'étude d'architecture mobile, Yona Friedman.

3.1. Présentation conclusive des points essentiels du projet de l’habitat comme enveloppe protectrice en milieu hostile Les possibilités pour générer l'enveloppe protectrice d'un habitat sont infinies (matériaux, système d'assemblage et dimension x,y,z). Ce sujet peut être résumé à l'isolation face au monde extérieur (contraintes climatiques et agressions naturelles). Dans un premier temps, cette paroi protectrice doit prendre en compte les enjeux naturels : le vent, l'ensoleillement, les précipitations, les chocs physiques et les changements thermiques. Au-delà des performances climatiques, cette paroi permet de réguler les transferts thermiques et l'apport en lumière naturelle. Cette paroi est conçue pour des constructions évoluant en milieu hostile (climatiquement). Ce type d'enveloppe offre plusieurs possibilités. L'enveloppe est légère et peut prendre une forme compacte pour un gain d'espace. Ces deux points permettent d'envisager un transport (même pour un territoire accessible uniquement à pied ou en hélicoptère) et une manipulation du produit réalisable avec moins d’énergie que nos enveloppes contemporaines.

Les possibilités pour générer l'enveloppe protectrice d'un habitat sont infinies (matériaux, système d'assemblage et dimension x,y,z). Ce sujet peut être résumé à l'isolation face au monde extérieur (contraintes climatiques et agressions naturelles). Dans un premier temps, cette paroi protectrice doit prendre en compte les enjeux naturels : le vent, l'ensoleillement, les précipitations, les chocs physiques et les changements thermiques. Au-delà des performances climatiques, cette paroi permet de réguler les transferts thermiques et l'apport en lumière naturelle. Cette paroi est conçue pour des constructions évoluant en milieu hostile (climatiquement). Ce type d'enveloppe offre plusieurs possibilités. L'enveloppe est légère et peut prendre une forme compacte pour un gain d'espace. Ces deux points permettent d'envisager un transport (même pour un territoire accessible uniquement à pied ou en hélicoptère) et une manipulation du produit réalisable avec moins d’énergie que nos enveloppes contemporaines. Nous pouvons observer que plusieurs structures gonflables ont ces propriétés. Un bon exemple est l'église gonflable de Hans-Walter Müller (39 kilogrammes) pouvant acceuillir deux cents fidèles. Ce dernier point donne une opportunité mobile à cette enveloppe. Ceci nous amène au prochain point qui traite de la durabilité de cette démarche et de la préservation de ce qui existait déjà avant notre arrivée en tant qu'individu sur la planète.

Comment limiter nos dépenses énergétiques lors de la création de notre enveloppe protectrice? La première nécessité est de favoriser les matériaux naturellement présents sur terre et de donner la priorité à ceux qui sont accessibles de façon abondante sur un maximum de territoire. Le deuxième point est de choisir des matériaux recyclables ou réutilisables et si possible de ne pas les transformer ainsi que de planifier comment nous pouvons les rendre à la nature une fois leurs usages terminés. L'utilisation de matériaux synthétiques est limitée (emballage de l'air, terre plus matériaux réflective et structurelle). Ce type d'envel-

oppe utilise des matériaux sous forme de feuilles (de plastique, de mylar et d'air) avec peu de pièces d'assemblages pour réaliser une paroi qui assure aussi bien la structure que l'isolation thermique et la gestion des éléments naturels. Pour ce qui est du court terme, cette enveloppe protectrice permet une économie financière importante ce qui participe largement à la démocratiser et à ouvrir ses horizons et son champ d'utilisation. Un des objectifs majeurs dans la conception a été de limiter l'utilisation de matériaux coûteux pour permettre aux futurs utilisateurs de pouvoir choisir cette enveloppe sans pression économique. L'isolation thermique est donc réalisée à l'aide de deux rangées de trois boudins d'air (forme d’ellipse écrasée pour favoriser l'entrée de lumière naturelle). Il existe d'autres choix qui conviennent très bien et peuvent remplacer l'air (comme la terre, le sable ou l'eau) mais cette démarche favorise l'utilisation du matériau le plus abondant et le léger (l'air) pour agrandir son spectre de faisabilité. L’utilisation de matériaux produits par l'industrie est essentielle comme contenant et permet le chauffage ou le refroidissement de l'espace contenu par l'enveloppe. Ces matériaux sont légers et pliables (utilisés sous forme de feuille) ce qui permet une transportabilité facilitée (poids faible). L'objectif de ce travail a été d'imaginer les composants d'une barrière pour l'habitat de l'homme vivant dans un climat hostile et irrégulier pour pouvoir ensuite appliquer ces recherches dans des contextes similaires ou plus accueillants. Cette technique d'isolation est souple et peut être utilisée pour tous les types de géométrie (anguleuse ou arrondie). Pour optimiser la création d'un espace habitable durablement par l'homme en utilisant cette enveloppe, une étude pour le projet de diplôme a été réalisée en haut d'une montagne en Corse avec des vents atteignant 160 Km/h, des variations de températures allant de -20 a +36 dégrés, un ensoleillement important (exposition aux UV et Infrarouges) et des précipitations importantes tout au long de l'année. Le contexte étant extrême, une utilisation de forme arrondie (et aérodynamique) a été imaginée pour limiter l'emprise du vent (force horizontale) sur la structure habitable et pour organiser le flux de précipitations (force verticale).

Application envisageable pour ce système d'enveloppe. Les modules réalisables grâce à ce type d'enveloppe peuvent correspondre à des situations de loisir ainsi qu'à des habitations d'urgence (convient au territoire hostile climatiquement) pour répondre à des désastres naturels, des périodes post-guerre ou si il y a un besoin urgent de reconstruire. Il pourrait servir d'alternative aux formules actuelles dans les camps de réfugiés ou au bidonvilles. Cette architecture pré-définie par ses méthodes de construction plutôt que par sa forme finale serait donc déterminée par le milieu dans lequel elle serait développée. L'enveloppe protectrice: Cette proposition isolante thermiquement favorise l'utilisation de forme courbe pour une gestion optimisée du vent (une forme aérodynamique favorise un échange d'air fluide à l’intérieur et minimise l'emprise du vent sur la structure habitable). Les formes courbes et continues permettent également de limiter les effets néfastes de l'eau (stagnation et infiltration qui peuvent endommager l'enveloppe).

Chaleur traversante Source de chaleur

Espace d’air préssion

sous

Emballage sous-vide en plastique (deuxième ligne de défence)

Espace d’air Bâche en plastique transparente type ETFE( première ligne de défence) Structure rigide (anti chocs) en aluminium ou bambou

Boudins de Co2 (x3) les uns dans les autres (isolation) Chaleur corporelle réflechie Face réfléchissante en mylar (argenté)

Face absorbant les infrarouges en mylar (doré)

Source de chaleur

Explication de la parois protectrice

L'enveloppe est conçue en utilisant de l'air contenu sur six couches séparées par petits compartiments avec une feuille de mylar de chaque côté de la paroi pour réguler la température intérieure (refroidir, réchauffer ou conserver la chaleur)

Trois modes thermiques pour l’enveloppe:

1)Refroidir,

2)réchauffer

3) conserver la température

Ce système peut être amélioré si il y a de la terre à disposition pour bénéficier d'une gestion automatique de l'humidité intérieure grâce à un sol ou un mur en terre qui absorbe l’excès d'humidité ou qui en relâche si l'air est trop sec. Le mylar peut aussi être remplacé par une couche de peinture réflechissante pour un projet qui cherche à diminuer son exposition intérieur à la lumière naturelle (gain en transparence mais ne permet pas d’absorber les infrarouges avec un taux aussi élevé.

Planifier ouverture (interruption dans le

Option une) Réflécteurs d’infrarouges aux deux côtés de la paroi

Le mylar est monté sous forme de lamelles pivotantes pour gérer la lumiere et choisir si on veut absorbrer ou refléchir les rayons infrarouges.

Option deux) Réflécteurs d’infrarouges entre les couches isolantes

Planifier ouverture (interuption dans le mylar

Utiliser des boudins d’air plats pour faciliter l’entrée de lumière naturelle

3.2. Projet dans un milieu hostile: le Monte d’Oro (Corse) Présentation du site: France, Corse, commune de Vizzavona

Le site d'analyse se situe en plein centre du parc naturel régional de Corse, dans un milieu méditerranéen et montagnard. L'ensemble du parcours est situé sur les communaux de “Vivario” (2B - HauteCorse) et de Bocognano (2A- Corse du sud). Le Monte d'Oro est le point culmùinant d'un parcours de randonnée fréquenté par des randonneurs, par des sportifs, par des bergers (ainsi que par leurs ânes et/ ou leurs troupeaux). Pour accéder à ce territoire il faut emprunter un circuit alpin de 17 km avec un dénivelé de 1500m à partir de la gare de Vizzavona. Cette montage rocheuse est le sommet central de la Corse (le troisième sommet le plus haut de l’île) avec une altitude de 2389 mètres. Le site est apprécié pour l’attrait touristique lié à l’authenticité et la préservation des paysages. Le site de Monte d'Oro/Vizzavona est un paradis climatique avec des ressources abondantes et un habitat naturel riche et divers. Il sert d'habitat naturel pour un large spectre de faune et de flore qui concentre la plupart des espèces de l'île dans un milieu alpin bien préservé d’intérêt européen

Plan du sentier Coupe du Monte d'oro et espèces végétales

Parcours du Monte d’Oro

Coupe du Monte d’Oro et végétation dominante

La topographie et le climat présents au Monte d’Oro présentent un milieu méditerranéen et alpin typique des massifs Corses . Le climat est de type méditerranéen montagnard. En été, les jours sont chauds et secs (il y a parfois un déficit hydrique). En hiver, il y a un grand nombre de jours de pluie, de neige et de gel. Au printemps, il y a une floraison importante et le site est à son sommet couvert de fleurs odorantes. L’automne est tempéré et reste une saison agréable. La température et les conditions climatiques peuvent énormément varier en quelques heures. A cette altitude, les précipitations sont fréquentes à cause de l’effet de Foehn expliqué plus bas. Le site est exposé à un climat montagnard avec des températures plus fraîches et humides à cause de l’altitude importante. La pression atmosphérique est réduite et la densité de l’air plus faible. Le cumul des précipitations annuelles (pluie et neige) atteint près de deux mètres. Le site se trouve à plus de 2000m d’altitude et il est exposé à des vents atteignant fréquemment les 150 km/h.

Table de précipitations et de températures (2014-2015) Directions des vents dominants

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Type de terrain: roches, terre Le massif du Monte d’Oro est constitué en majorité de granodiorites, de gneiss et de schistes et d’un filon de décamétrique de granite étoilé. Son sommet est composé de grandes dalles rocheuses granitiques très sèches, de rhyolithique et de basalte. Les sols du Monte d'Oro sont généralement acides avec un pH entre quatre et cinq. Le site envisagé pour le refuge fait partie des rares zones proches du sommet du Monte d'oro qui présentent un sol de terre (Ph5) humide d'une épaisseur d’environ 2 m avec une couche caillouteuse juste dessous. Les températures diurnes et nocturnes Les températures varient énormément entre la nuit et le jour dans les montagnes méditerranéennes de Vivario et Bocognano. Pendant la période où l'itinéraire est praticable, les températures sont douces (en été elle sont très chaudes) le jour et fraîches la nuit. Pendant l'hiver, il fait nettement plus froid et les amplitudes thermiques quotidiennes sont plus faibles. Plusieurs facteurs influencent l'amplitude thermique du climat : l'ensoleillement le vent, la couverture nuageuse, l'humidité moyenne, le relief du site et la durée relative des jours et des nuits. Facteurs naturels extrêmes à prendre en compte L'effet de Foehn est la raison principale liée au précipitations importantes. La montagne, ses sols,sa pente et ses vents sont extrêmes. Il y a des risques d'avalanche en hiver et des risque d'incendie en été. Il peut faire 36 °C comme -20°C et les températures varient énormément entre le jour et la nuit. La proximité avec la mer rend les changements climatiques très rapides et fréquents. Les tempêtes sont nombreuses tout au long deL’effet l'année Foehn L’effet en corse Foehn en corse 2000 1500 1000 500 0

ALTITUDE (en mètre)

SENS DU VENT

2500

OUEST

Le site se trouve a plus de 2000m d’altitude Le site se trouve a plus de 2000m d’altitude et il est éxposé a des vents qui atteignent les et il est éxposé a des vents qui atteignent les 150 km/h de facon réguliere. 150 km/h de facon réguliere. Versant au vent: P < 200 - 906 mm en 48 h. Versant au vent: P < 200 - 906 mm en 48 h. Versant sous le vent: P < 50 mm en 48 h. Versant sous le vent: P < 50 mm en 48 h. Le cumul des précipitations annuelles (pluie Le cumul des précipitations annuelles (pluie et neige) atteignent près de deux mètres. et neige) atteignent près de deux mètres.

SENS DU VENT

2500

augementation de la augementation de la pression atmospherique pression atmospherique

Baisse de pression Baisse de pression atmospherique atmospherique

2000

AIR DOUX 1500 ET SEC

AIR DOUX ET Monte SECcinto

Monte cinto Monte d’oro

AIR FRAIS AIR FRAIS ET HUMIDE ET HUMIDE

Monte d’oro

1000 500 0

OUEST

EST

L’effet Foehn en Corse

Outre les caractéristiques naturelles du territoire, ce site comprend également des enjeux politiques. Les Corse sont très fiers de leurs patrimoines naturels et il est essentiel de respecter le visuel du site d’accueil pour que le projet soit approuvé par la commune. 101

Bibliographie mémoire

livres: Les visionnaires : une autre histoire de l’architecture / Julien Donada, réal. Raj Rewal : Humane habitat at low cost CIDCO Belapur New Mumbai / Raj Rewal La Vie Nomade Et Les Routes D’angleterre Au Xive Siecle - par J. J. Jusserand - 1884 Economie de l’habitat et de la construction au Sahel. Volume II / Serge Theunynck Materiology - l’essentiel sur les materiaux et technologies à l’usage des créateurs - par Daniel Kula et Elodie Ternaux Materiaux composite souples - par Réné Motro Claudot-Hawad, Éperonner le monde. Nomadisme Claudot-Hawad, Touaregs. Portrait en fragments Sur la fabrication des élites au Sahara, P. Bonte Hans-Walter Müller et l’architecture de la disparition / Alain Charre Charre, Alain. Auteur Ceramic Houses & Earth Architecture : How to Build Your Own / Nader Khalili Featherweights : light, mobile and floating architecture / Oliver Herwig Traité de construction en terre / CRATerre ; Hugo Houben, et Hubert Guillaud L’isolation thermique écologique : conception, matériaux, mise en oeuvre : neuf et réhabilitation / Jean-Pierre Oliva et Samuel Courgey Le grand livre de l’isolation / Thierry Gallauziaux et David Fedullo Sites: http://www.quelleenergie.fr/magazine/isolation/isolants-minces-miracle-ou-mirage-22760/ http://www.cairn.info/revue-multitudes-2007-3-page-69.htm http://fr.wikipedia.org/wiki/Habitabilit%C3%A9_d’une_ plan%C3%A8te http://fr.wikipedia.org/wiki/Touareg http://fr.wikipedia.org/wiki/Nomadisme http://fr.wikipedia.org/wiki/R%C3%A9volution_n%C3%A9olithique https://hal.archives-ouvertes.fr/file/index/docid/757429/file102

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Video: Escapade chez les Nomades du Tibet - NORLHA 2006 Le troisième pôle, voyage aux fins fonds du Tibet - Documentaire notre-planete.info, http://www.notre-planete.info/actualites/ actu_3350_anthropocene.php http://icp.ge.ch/po/cliotexte/xviiie-et-xixe-siecle-revolution-industrielle-liberalisme-socialisme/revolution.industrielle.3.html http://www.nature.com/articles/nature10452.epdf http://www.notre-planete.info/actualites/actu_3350_anthropocene.php Earthship Global Model: Radically Sustainable Buildings., https://www.youtube.com/watch?v=N2so9hyNWxc Organisations consultées CALEARTH, l’ADEME (L’Agence de l’environnement et de la maîtrise de l’énergie), la PNUE (Programme des Nations Unies pour l’environnement) et le MEDDTL (ministère de l’Écologie, du Développement durable, des Transports et du Logement). Conférence Le Pavillon de l'Arsenal - conférences-débats, intitulé « Questions d’actualité ». MATÉRIAUX, RÉEMPLOI & ARCHITECTURE

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