Mémoire jean-baptiste bernard 2017

Ecole Nationale Supérieure d'Architecture de Montpellier

Cycle Master

Habitabilité et bénéfices qualitatifs et quantitatifs d'espaces-serres pour les logements collectifs en climat méditerranéen ou Contribution à une méthodologie d'aide à l'optimisation économique des espaces-serres

Mémoire présenté par : Jean-Baptiste BERNARD Le 25 Janvier 2017

Jury

Bijan Azmayesh : Architecte - Personnalité extérieure Clotilde Berrou : Architecte - Enseignante ENSAM Claire Bailly : Architecte et architecte-paysagiste - Enseignante ENSAM Robert Celaire : Ingénieur - Enseignant ENSAM - Directeur de mémoire

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Remerciements

J’adresse tout d’abord mes remerciements à Robert CELAIRE, ingénieur, pour son aide, son dévouement ainsi que la quantité et la qualité de son enseignement.

Je remercie ensuite William MARTIN, ingénieur également, pour ses conseils et l’aide apportée lors du paramétrage du logiciel utilisé.

Je remercie tout autant Florence LIPSKY, architecte, d’avoir pris le temps de répondre à mes questions.

Mais aussi un grand merci à Marc CUSY, économiste en bâtiment, de m’avoir fourni les renseignements dont j’avais besoin.

Enfin, je remercie les résidents des opérations : Grand Parc de Bordeaux, l’Ilot A de Lyon Confluence et Les Lauréales de Tassin-La-Demi-Lune qui m’ont gracieusement ouvert leurs portes et avec qui j’ai pu échanger de nombreuses informations concernant leurs habitudes concernant les espaces-serres.

Sans oublier les membres du jury présents à la soutenance de ce mémoire.

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Sujet Mots Clefs Espace-serre : serre, véranda, jardin d’hiver, greenhouse, sunspace Espace de transition thermique : fonctionnement, isolation, inertie, matériaux, ventilation Logements collectifs : neuf, réhabilitation, logement social, hlm, 1960-1970-1980 Climat méditerranéen : mode de vie, température, vent, humidité Habitabilité : confortable, occupable, température, lumière, acoustique, usages Problématiques Comment l’architecte peut-il adapter les espaces-serres au logement collectif en climat méditerranéen pour le logement collectif ?

Le rapport coût -habitabilité d’un espace serre est- il intéressant comparé à celui d’une loggia non vitrée ?

Hypothèses

La réhabilitation des logements collectifs des années 1970 en climat méditerranéen est particulièrement intéressante car elle représente un nombre d’habitations non négligeable, mais aussi car ses différentes typologies et son climat sont favorables à la mise en place d’espaces-serres. La règlementation actuelle est également en faveur de la fermeture des loggias, même si celles-ci doivent être de préférence mises en œuvre par un architecte pour une opération de réhabilitation globale du bâtiment.

-Le fonctionnement d’une serre en climat méditerranéen est complexe, mais, bien conçue, elle peut fournir des apports thermiques suffisants au logement en hiver, sans surchauffer ce dernier en été. De cette façon, la serre permettra d’augmenter la surface de l’habitation par un espace à usage intermittent, c’est à dire ayant de bonnes conditions de confort thermique une bonne partie de l’année. La création de cet espace peut être réalisée avec un coût de construction au mètre carré assez faible. Par ailleurs, cet espace accolé au logement permettra, en plus de diminuer les consommations de chauffage du logement, d’apporter des bénéficies qualitatifs supplémentaires, notamment en matière de confort acoustique.

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Résumé

L’espace-serre est une solution aux enjeux de demain : en plus d’être un régulateur thermique passif, il offre un espace intermédiaire supplémentaire peu cher qui adoucit la transition entre intérieur et extérieur, une réponse intéressante à la densification urbaine d’ores et déjà en cours. Sa relative absence du logement collectif en climat méditerranéen nous interpelle : pourquoi ne le voit-on pas d’avantage accolé à nos habitats ?

Les phénomènes thermiques et aérauliques à l’origine du fonctionnement des espaces serres sont complexes : on les pense trop froids, trop chauds, trop chers ou encore inesthétiques, mais qu’en est-il vraiment ?

Les espaces-serres sont-ils réellement pertinents en climat méditerranéen ?

Comment l’architecte peut-il l’adapter afin de garantir le meilleur taux d’habitabilité ?

L’objectif est de démontrer que construire un espace à moindre frais mais habitable seulement une partie de l’année est rentable s’il est bien conçu.

Pour cela, il sera nécessaire d’étudier le lien entre architecture, coût et habitabilité des espaces-serres, c'est à dire le pourcentage de temps pendant lequel un espace est assez confortable (et en particulier au niveau thermique) pour y vivre.

Nous avons analysé dans un premier temps plusieurs projets déjà existants ainsi que les différents composants architecturaux qu’ils présentent. Puis nous avons mis en évidence par des simulations thermiques dynamiques, une corrélation entre l'habitabilité de ces espaces, ses composants architecturaux, et leur prix.

Nous avons donc contribué à la création d’un outil permettant de guider ou idéalement d’encourager les architectes lors de la conception d’espace-serres. Enfin, notre recherche aboutit à une plage de résultats. Ces données présentent pour chaque association possible de composants architecturaux : une habitabilité, un coût et un gain énergétique du logement accolé.

Pour exploiter ces résultats, chacun d’eux est associé à un indice confort-coût, (calculé sur la base du coût d’un espace ramené à une habitabilité totale). Les résultats sont alors comparables entre eux, et le concepteur n’a plus qu’à choisir. Il est alors possible de déterminer comment l’architecte peut adapter l’espace serre afin de garantir le meilleur taux d’habitabilité au meilleur prix.

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Abstract Sun-space

is

an

answer

for

tomorrow's

challenges: it

is

more

than

a

passive or thermal regulator, it offers a cheap and extra intermediary space, softening the inside /

outside crossover. This can be an interesting response to the urban

densification coming.

Sun-spaces are relatively missing in Mediterranean climate residential buildings so here we can raise a question: why do sun-spaces aren't more adjoined to our buildings?

Thermal and aeraulics phenomenons which are at the basis of the sun-space functioning are complex: we think that they are too warm, too cold, too expensive or even unpleasant, but is it real? Would sun-space addition be relevant in Mediterranean climate locations?

How the architect could efficiently adapt it in order to guarantee the best livable rate?

Our objective is to demonstrate that building a cheaper but livable space, only for a part of the year, may be possible as soon as it is well thought.

Now, we are going to study the link between architecture, cost and livability in sun-spaces, that is to say the percentage of time during which the space is comfortable (with a thermal focused analysis).

In the first part of this study, few existing projects will be examined, as well as the various architectural elements they are made in. Then, we are going to highlight the relationship between livability of those spaces, its architectural elements and its price through dynamics thermal simulations.

This is therefore we contributed to the development of a specific software which is going to guide or at least encourage the architects during the building of sun-spaces. This research will finally end up to a range of outcomes introducing for each element's associations: a livability, a cost and an energy gain of this adjoining building.

In order to well use this data, each result is associated to a comfort-cost index, itself based on the cost of a real livability cost space. Those results are therefore comparable to each other and the designer only has to choose.

The idea is to determine how the architect can adapt the sun-space in order to guarantee the best livability rate at the best price.

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Table des matières

Remerciements ..................................................................................................................... 3 Sujet ...................................................................................................................................... 4 Résumé ............................................................................................................................. 5 Table des matières ............................................................................................................ 7 Introduction .......................................................................................................................10 Terminologie .....................................................................................................................12 1- Les espaces-serres aujourd’hui ........................................................................................13 1-1- Définition ...................................................................................................................13 1-2- Histoire ......................................................................................................................14 1-3- Aujourd’hui ................................................................................................................19 1-3-1- En Europe ...........................................................................................................19 1-3-2- En France ...........................................................................................................21 1-3-3- Observations.......................................................................................................24 1-4- Intérêts ......................................................................................................................26 1-4-1- Un contexte favorable .........................................................................................26 1-4-2- Règlementation ...................................................................................................27 1-4-3- Climat méditerranéen ..........................................................................................28 1-4-4- Avantages par rapport à une réhabilitation classique ..........................................32 2- Fonctionnement et composition architecturales des espaces-serres ................................35 2-1- Phénomène physique ................................................................................................35 2-2- Influence de la profondeur et confort de l’espace-serre .............................................37 2-2-1- Confort d’usage et dimensions ............................................................................37 2-2-2- Confort lumineux .................................................................................................39 2-2-3- Confort thermique ...............................................................................................41 2-2-4- Rôle de l’occupant ..............................................................................................43 2-4- Etudes de cas ............................................................................................................45 2-5- Composants architecturaux .......................................................................................50 2-5-1- Orientation ..........................................................................................................50 2-5-2- Intégration ...........................................................................................................51 7

2-5-3- Matérialité ...........................................................................................................52 2-5-4- Type de parois séparatrices ................................................................................53 2-5-6- Types d’ouvrants et menuiseries.........................................................................55 2-5-7- Types de vitrages................................................................................................58 2-5-8- Ventilation ...........................................................................................................59 2-5-9- Protection solaire et thermique............................................................................60 2-5-10- Rideaux réfléchissants et isolants .....................................................................61 3 Adapter l’espace-serre au climat méditerranéen................................................................63 3-1- Objectifs ....................................................................................................................63 3-2- Outils .........................................................................................................................64 3-2-1Choix de l’outil.......................................................................................................64 3-2-2-Limites de l’outil ...................................................................................................67 3-3- Choix de la typologie étudiée .....................................................................................68 3-3-1- Typologie ............................................................................................................68 3-3-2- Occupants...........................................................................................................71 3-3-3- Habitabilité et comportement ..............................................................................71 3-4- Caractéristiques des différents paramètres : ..............................................................73 3-4-1- Paramètres variables ..........................................................................................73 3-4-2- Paramètres fixes et limites de validités ...............................................................74 3-5- Phases de simulations ...............................................................................................75 3-5-1- Protocole I : Recherche de l’influence de la profondeur des espaces-serres.......76 3-5-2- Résultats I : Influence de la profondeur et des différents composants architecturaux................................................................................................................78 3-5-3- Protocole II : Recherche de la meilleure configuration ........................................80 3-5-4- Résultats IIa : Comparaison coût-habitabilité ......................................................81 3-5-5- Résultats IIb : Influence moyenne des composants ............................................82 3-6- Indice confort-coût .....................................................................................................82 Conclusion ...........................................................................................................................86 Annexes ...............................................................................................................................90 Résultats des simulations .................................................................................................90 Projets de logements collectifs intégrant des espaces-serres ...........................................98 8

Méthodologie des simulations pour Pleiades+COMFIE ..................................................102 Coûts hors taxes .............................................................................................................103 Schémas.........................................................................................................................104 Glossaire ............................................................................................................................106 Bibliographie ......................................................................................................................108

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Introduction

D’après les projections l’ONU, la population mondiale atteindra 10 milliards d’habitants en 2050 et 75% de cette population sera urbaine1.

La demande de logement est grandissante : le besoin de vivre à proximité des grandes villes devient déjà nécessaire pour trouver un emploi, pouvoir profiter des services et des transports en commun pour se rendre sur son lieu de travail.

La conjecture écologique et économique actuelle complexifient le rôle des acteurs du bâtiment. Les différentes règlementations et les objectifs de rentabilité maximale ne favorisent pas la liberté de conception, en particulier lorsqu’il est question du logement. La surface du logement social est souvent réduite au minimum pour être densifiée et favoriser ainsi la rentabilité de l’opération. Souvent, cette surface limite les innovations architecturales et engendre une standardisation des plans et des typologies proposés.

Particulièrement présentes en Europe du Nord et dans le parc de maison individuelle, les espaces-serres pourraient être une solution aux enjeux de demain2 : en plus d’être un régulateur thermique passif, elle offre un espace intermédiaire supplémentaire peu cher, permettant d’adoucir la transition entre intérieur extérieur, en réponse intéressante à la densification urbaine.

Cependant, sa relative absence du logement collectif en climat méditerranéen nous interpelle : pourquoi ne la voit-on pas davantage accolée à nos logements collectifs ? La conception des espaces-serres présente une difficulté : les phénomènes qui régissent leur fonctionnement sont peu intuitifs et une mauvaise conception pourrait engendrer de l’inconfort. Les espaces serres peuvent alors inquiéter les architectes et les maitres d’ouvrages, certains la pensent trop froide, trop chaude, peu rentable ou encore inesthétique.

Plusieurs études ont déjà été menées sur les avantages de ce système passif, mais quelle importance donne-t-il à l’occupant et à la conception architecturale ? Il est alors nécessaire de se poser les questions suivantes :

La présence des espaces-serres en climat méditerranéen est-elle pertinente ?

Comment l’architecte peut-il l’adapter afin de garantir le meilleur taux d’habitabilité ?

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Nous

verrons dans un premier temps les enjeux et la situation de la serre en climat

méditerranéen. Puis nous décrirons son fonctionnement et les différents composants architecturaux qui la composent. Enfin, nous proposerons, grâce à une approche calculatoire, une méthodologie d’aide à la conception d’espaces-serres destinée aux architectes pour optimiser le ratio coût – habitabilité de l’espace-serre en climat méditerranéen.

1 ONU World Population Prospects : The 2015 revision 2 NACMIAS Simon, La Serre dans l'architecture, une réponse aux différents enjeux d'aujourd'hui ?

Mémoire de master Ensam 2011

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Terminologie

Les espaces vitrés portent différents noms : serre, Jardin d'hiver, loggia, véranda. Avant de commencer ce mémoire, il est nécessaire de connaître les différences entre ces appellations pour nous assurer de l'exactitude de la terminologie employée.

Serre : Définition du dictionnaire Larousse : « Construction légère à parois translucides permettant de créer pour les plantes de meilleures conditions de végétation que les conditions naturelles. Endroit très chaud, clos et protecteur, milieu où l'on est à l'abri de tout risque ». Etymologiquement, le mot serre vient de serrer, dans le sens de «mettre à l'abri». http://www.lapresse.ca/le-soleil/maison/horticulture/201201/06/01-4483583-lhistoire-des-serres-desromains-a-aujourdhui.php

Il en existe également différents types : Serre Froide : La serre froide est passive, elle chauffe uniquement grâce à l’énergie du rayonnement solaire. Elle est donc autonome, et ne dépend pas d’un logement attenant.

Serres chauffées artificiellement : Tièdes, chaudes, ou tropicales, ces types de serres chauffées artificiellement sont utilisées pour les cultures nécessitant une température constante.

Jardin d'hiver : Architecture de vitres ou des plantes sont conservées afin de les protéger contre les basses températures.

Loggia : La loggia est une pièce de la maison ou une galerie, située la plupart du temps à l'étage, ouverte ou donnant vue sur l'extérieur.

Véranda : Définition du dictionnaire Larousse : «En Europe, pièce ou galerie vitrée, en général hors œuvre, annexe du bâtiment principal. (La véranda, ou serre, est aujourd'hui partie composante de nombreuses maisons solaires.)» http://www.jardiserre.net/pages/quel-genre-de-serre.html

En France, le terme « serre » recouvre deux types de construction : la serre agricole ou horticole, et l’espace vitré accolé à un logement (aussi appelé véranda ou jardin d’hiver), évoquant lui aussi la notion de culture. Pour éviter toute confusion, nous nous appuierons sur la traduction du terme anglais sun-space, suggéré par Pierre Diaz Pedragal dans sa thèse Modélisation des espaces serres destinés à l’habitat : « Par espace-serre nous désignerons désormais tout espace fortement vitré, non chauffé artificiellement et prolongeant l’espace habitable d’un logement ».

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1- Les espaces-serres aujourd’hui

Dans cette première partie nous analyserons les espaces-serres et leur situation actuelle dans le parc de logement collectif français en climat méditerranéen, puis nous verrons quels peuvent être leur intérêt vis-à-vis des enjeux économiques écologiques et sociaux actuels.

1-1- Définition

Projet Boreal 39 logements – Tetrarc - Nantes 2011 © Stéphane Chalmeau - Réinterprétation d’une typologie de serre agricole en logement collectif

L’espace-serre fait partie de la famille des machines architecturales, un ensemble de dispositifs architecturaux passifs proposant une alternative aux systèmes standards consommateurs d’énergie.

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Fonctionnement d’une cheminée de ventilation à tirage thermique (à gauche) et d’un mur trombe (à droite)

L’espace-serre utilise le rayonnement solaire, les phénomènes de convection et de stratification de l’air ainsi que le déphasage thermique des matériaux. Son intérêt est double : il est à la fois un capteur solaire et un espace habitable. Son bon fonctionnement dépend de deux conditions : sa conception et la participation active de l’occupant.

1-2- Histoire

La première trace d’espace-serre nous vient de Pline l’ancien, écrivain naturaliste romain du premier siècle de notre ère. Ses écrits nous détaillent qu’à son époque, les romains avaient inventé un système permettant de cultiver et récolter toute l’année. Cela consistait à rentrer les plants les plus fragiles dans un abri lorsque la température descendait en hiver. Pour que les plants continuent à être exposé à la lumière, ils recouvraient leurs abris avec des plaques de sélénite : une roche transparente qui laisse entrer la lumière et la chaleur. Le concept de la serre bioclimatique était née.

Au 15ème siècle, les grandes explorations rapportent des plantes exotiques qu’il faut stocker en hiver. Ces nouveaux végétaux sont entreposés dans les premières « orangeries ». La technique de fabrication du verre s’est beaucoup améliorée, mais l’orangerie ne ressemble pas encore à un espace-serre actuel. Seules les grandes portes sont vitrées. Par la suite, les jardins botaniques ont rayonné en Europe grâce aux facultés et aux universités qui établissaient des recherches sur les plantes et la médecine.

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Au 17ème siècle, l’orangerie est présente dans les grands jardins comme celle du château de Versailles.

Au 18ème siècle, les orangeries baroques font alors leur apparition. C’est un bâtiment clos, doté de vastes fenêtres. On y abrite, pendant les mauvaises saisons, les agrumes plantés dans des pots, ou d’autres végétaux craignant le gel. La hauteur sous plafond de ces bâtiments permet d’obtenir une régulation thermique optimum.

Jusqu’au milieu du 18ème siècle, l’orangerie symbolise une certaine qualité de vie, elle est très en vogue dans l’Europe du Nord. Elle devient un lieu privilégié de fête et de réception.

A la fin du 18ème siècle, c’est le début de l’ère industrielle qui marquera l’apogée de la serre, qui succédera à l’orangerie. Les techniques de fabrication du verre, de l’armature en fer ou en fonte se développent. Un vaste mouvement agite les élites européennes sur la connaissance et la maitrise des éléments d’ordre climatique et agronomique.

Peu à peu, la serre devient un prolongement de la maison ou un moyen élégant de relier les pièces de réception au jardin, utilisant une structure de verre ornementale. Ces édifices deviennent peu à peu des œuvres architecturales liant esthétique et pratiques sociales.

La serre est située à l’extérieur de la maison, elle est donc à part et crée des conditions de confort plus favorables que celles du climat local. Ses parois et sa couverture sont transparentes ou translucides et permettent de cultiver les plantes dans un environnement plus chaud. La serre est protégée du vent et les pertes de chaleur par convection sont très limitées. Le verre employé laisse passer la lumière, et préserve le logement des rayonnements infrarouges. Il va laisser entrer la lumière venant du soleil qui va alors chauffer le milieu intérieur.

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Au 19ème siècle, l'emploi du verre s’est démocratisé grâce aux progrès techniques et à l’abolition des taxes. Les fenêtres des maisons sont plus grandes et on trouve les premières serres entièrement vitrées. A Paris, Rohault de Fleury construit en 1834 les premières serres horticoles en ossature de fer et de verre. Il s’en suivra la construction des grandes serres publiques, comme le Jardin d'hiver sur les Champs-Élysées à Paris en 1846 et le Crystal Palace à Londres en 1851.

Très rapidement, les riches particuliers furent séduits par ces « maisons de verre » d’un style nouveau et de nombreuses vérandas furent construites sur les toits des immeubles ou plus simplement adossées aux maisons.

Le familistère de Godin (1859-1879) est constitué de trois bâtiments d'habitation qui possèdent chacun une cour intérieure pavée protégée par une verrière. Cet espace collectif est un espace semi-public à partir duquel des escaliers permettent d'accéder aux coursives puis aux logements qui donnent, en partie, sur cet espace couvert. Ce dernier peut, lors de certains événements, se transformer en lieu de spectacle.

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Au 20e siècle Entre 1900 et 1930, la véranda reste un caprice de riche privilégié puisque le mouvement de l’art nouveau sous l’impulsion d’Henri Guimard transforme les espaces-serres en France :ils viennent prolonger les logements des plus fortunés.

Jardin d'hiver du Catalogue ancien Guillot- Pelletier 1896

Ceci est l’un des premiers projets de logement collectif intégrant des espaces-serres.

Chaque logement dispose de son propre espace-serre, venant prolonger sur toute sa longueur de façade.

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20 Maisons en terrasses, logement social 1969-1972 Architecte Sir Leslie Martin, Londres

Durant la seconde moitié du 20ème siècle la production et l’intégration des espaces-serres évolueront grâce aux nouvelles méthodes de fabrication et d’emploi de matériaux comme le PVC. Elles rendront les espaces-serres accessibles à un large public et intégreront l’habitat individuel, collectif et social jusqu’à aujourd’hui. http://www.lapresse.ca/le-soleil/maison/horticulture/201201/06/01-4483583-lhistoire-des-serres-desromains-a-aujourdhui.php NACMIAS Simon, La Serre dans l'architecture, une réponse aux différents enjeux d'aujourd'hui ?

Mémoire de master Ensam 2011

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1-3- Aujourd’hui 1-3-1- En Europe

Les espaces-serres sont présents dans toutes les régions climatiques. On les retrouve en Europe du Nord pour la raison évidente du climat, des températures basses et des périodes d’ensoleillement plus courtes. Les espaces-serres y sont courants, autant en logement individuel que collectifs.

HVDN Architecten, Het Kasteel, Amsterdam Pays Bas 2008 © Luuk Cramer © Jan-Pierre Jans

Logement collectif vu depuis la cour intérieure - Java Eiland Amsterdam Pays-Bas S.J Van VELZEN Green House résidence, Feasability of green house residence concept for Renovation, University of technology Eindhoven, 2010

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On les trouve également en Espagne dans les logements des centres anciens. La serre constitue une limite intermédiaire entre la rue et le chez soi, un plus dans les tissus resserrés des quartiers historiques parfois passants et bruyants.

Une multitude d’espaces-serres prolongeant les logements en coins d’îlots - 7 calle de los séniores de Luzon - Madrid

H Arquitectes - Maison 1105 – Barcelone – 2015 © Didac Guxens 20

OFIS architects - 650 Apartments Mesarska cesta - Ljubljana Slovenie © Tomaž Gregoric 1-3-2- En France Selon le SNFA1, le marché des extensions de maisons individuelles s’élève à 80000 espaces-serres construits en France chaque année. Le prix, la rapidité de construction, et l’augmentation des prix du bois et des combustibles dérivés du pétrole de ces dernières années sont sans doute à l’origine de son succès. On peut en recenser plusieurs types : SNFA Communiqué de presse Paris 2014

L’Espace-serre préfabriquée, du constructeur de véranda Architekt. L’entreprise garantie un « effet design sophistiqué couplé d'une luminosité intense » et propose une série d’options sur l’apparence ou la gestion confort pour adapter la véranda à chaque client.

Photographie : http://www.verandarideau.com/verandas/architekt/

Maison Soleil Bleu – Yves Celaire - Lambsec Bouches du Rhône -1993

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La maison compte 63m² de surface de captage orienté Sud-Est. Ici l’espace-serre s’intègre parfaitement à l’habitation et contribue à la réinterprétation des codes «d’un certain classicisme rural ». Les ouvrants coulissant bas et les ouvrants en toiture permettent d’accélérer la ventilation. De plus, son volume et les nombreuses plantes qui l’habitent ainsi que l’arrosage automatique contribuent à la maitrise de son ambiance thermique estivale.

Systèmes solaires n°112 – Energie –Environnement – Développement – Mars Avril 1996

Phénix concept house - Jacques Ferrier – 2006

« Le prototype exposé au village Dom expo se présente comme un volume double hauteur de 105 m2 habitable [...], prolongé par une verrière donnant accès à un «espace en plus» de 30 m2, qui peut servir d’habitat d’appoint et générer ne modularité qui s’adapte à l’évolution de

la

famille

contemporaine ».

Extrait

de

l’article

Bâti-Actu

du

09/11/2006

http://www.batiactu.com/edito/jacques-ferrier-modernise-maison-phenix-1509.php

Projet d’un espace-serre comme partie intégrante du logement. On y retrouve les codes de la serre agricole : armature en acier et ouvrant à vérin de toiture pour ventiler en été. On notera l’absence de protection solaire, certainement due à son orientation Nord/Nord-Est.

Maison Charvot - Herad&Dacosta - Neuville-sur-Seine - 2009 © Philipe Ruault

L’espace-serre est également utilisée dans le logement social et les maisons en bande, ici la serre fait office de séparatif et permet d’accueillir toutes les fonctions, jeu, stockage, atelier,

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réception. Elles constituent un espace supplémentaire permettant de compenser avec la plus faible surface du logement.

Le clos des chaumes -15 logements individuels locatifs sociaux- Mabire Reich – Riaillé - 2014 © 11h45

L’utilisation des espaces se retrouve également dans le logement collectif français. Il est assez difficile de recenser l’ensemble des projets de logement collectifs qui intègrent des espaces-serres. Bien que l’emploi de ce système dans le logement collectif se démocratise, on le retrouve encore de manière assez anecdotique dans le paysage architectural français.

Projet de 75 logements - Les Lauréales - Thierry Roche Tassin la demi-lune - 2009

En Europe, on retrouve aujourd’hui les espaces-serres dans le logement collectif et individuel, que ce soit dans le logement social, les maisons individuelles particulières construites par promoteurs, architectes ou concepteurs indépendants. Cependant, les espaces-serres sont relativement absentes des logements collectifs Français.

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1-3-3- Observations

En France, on observe fréquemment sur les façades la mise en place de baies ouvrantes, fermant les terrasses et les loggias des logements datant d’une vingtaine ou d’une trentaine d’années. Ces interventions parfois qualifiées de « sauvages » sont pour la plus-part des initiatives personnelles, sans concertation particulière de la copropriété.

Logements quartier des Aubes

Logements quartier de la Mosson

Logements rue du Plan du Palais

Logements Quartier des arceaux

Photographies de fermetures de loggias dans les anciens immeubles d’habitations à Montpellier.

En Espagne, des pétitions à l’encontre des fermetures «sauvages» de loggias dans les bâtiments collectifs dénoncent la disparition de l’architecture initiale des bâtiments derrière les parois vitrées.

La loggia est au logement collectif ce que le jardin est à la maison individuelle. Elles prolongent le logement ainsi que la ligne extérieure du bâtiment contrairement au balcon.

Plusieurs raisons peuvent inciter les habitants à les vitrer1 : -Une recherche d’intimité et de liberté dans l'usage de cet espace -Une protection contre les nuisances extérieures, bruit du trafic en milieu urbain, poussière, vent froid, et précipitations.

-Le gain d’un espace intérieur supplémentaire abrité et étanche2.

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On remarque que ces motifs pourraient de la même façon motiver l’installation d’un espaceserre dans le cas d’une maison individuelle. Cependant, la fermeture d'une loggia par un vitrage peut être l’origine d’apparition de nouvelles nuisances : -Une réduction de l’éclairage naturel -Une surchauffe estivale -L’infiltration des eaux pluviales -Le risque de condensation -Le désagrément visuel dû à une modification ponctuelle de la façade en altérant la cohérence architecturale de l'ensemble.

L’amélioration de logements collectifs par fermeture des loggias est une solution économique qui peut amener un apport d’usage, de confort et d’énergie à l’occupant.

Cependant, les fermetures de loggias engendrent une modification des façades et transforment le paysage urbain. Elles peuvent également présenter des risques d’inconfort ou d’insalubrité des espaces qu’elles sont censées protéger. Il y a donc un intérêt à ce que leur conception et leur mise en place soient effectuées et suivies par un architecte.

Cette observation, menée dans un premier temps à Montpellier nous questionne : On observe une fermeture des loggias dans les logements collectifs des années 1970, mais peu en construction neuve. Existe-t-il un facteur, climatique, règlementaire ou économique qui dissuaderait les constructeurs et architectes de concevoir des espaces-serres ?

1 BADECHE Mounira Impact de Loggia Vitrée sur le confort thermique dans la région de Constantine 2008 2 JP Traisnel et B Peuportier - Habitat et développement durable. Les cahiers du CLIP n°13 Avril 2001

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1-4- Intérêts 1-4-1- Un contexte favorable

Selon l’ADEME, deux tiers des logements construits avant 1975 (qui représentent 33 millions de logements en France) consomment 65% de l’énergie de chauffage. Jusqu’en 1975, chaque logement consommait en moyenne 8000 kW/h par an pour se chauffer (contre 5000 en l’an 2000). Une enquête montre également que depuis 2010, l’attente des français en matière d’action gouvernementale se porte sur les économies d’énergie et le développement des énergies renouvelables1.

Après le plan d’occupation des sols de 1977 : les tours et les barres de logements sont condamnées. On privilégie alors la conception de logements d'habitations de tailles plus modestes2.

On remarque sur la carte ci-dessous une concentration des logements en copropriété des années 50 à 80 dans trois zones en France dont la côte méditerranéenne sud-est, en climat méditerranéen. La forme de ce type de bâtiment est peu complexe : sa modénature simple et répétitive permettant de générer des économies d'échelles : la méthode de réhabilitation par les espaces-serres est donc tout à fait appropriée3

Répartition du nombre de logements Hlm en France en 2012

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1 Rapport du Grenelle de l'environnement 2012 - Analyse détaillée du parc résidentiel existant 2 ADEME - les chiffres clefs du Bâtiment 2013 3 Agence nationale de l’habitat Les copropriétés des années 50 à 80 un parc à enjeux - Les essentiels 4 Les Hlm en chiffres – union sociale pour l’habitat – 74eme congrès - 2012

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Depuis 2016, la proposition sur l’autonomie énergétique du patrimoine HLM a été adoptée au congrès HLM 2016. Les travaux de réhabilitation et d’amélioration du parc locatif HLM sont en constante augmentation : 17 milliards d’euros d’investissement dans la rénovation permettront de réduire les consommations du parc de logement le plus énergivore5.

Il existe également d’autres programmes français et européens permettant une aide au financement de projets écologiques ou de rénovation, qui invite les villes, les architectes ou encore les promoteurs à se lancer dans ce genre d’opération. Parmi eux, le programme RESTART ou le REHA du PUCA qui vise à restructurer durablement une partie du parc de logements pour faire du neuf à partir de l’existant.

5 Batijournal, l'autonomie énergétique une des principales préoccupations

1-4-2- Règlementation

Depuis le choc pétrolier de 1973 des règlementations thermiques sont imposées en France, chacune venant compléter les précédentes.

La RT2012 concerne en particulier le chauffage, la production d’eau chaude solaire, les éclairages, les climatiseurs, la ventilation. Des labels ont été créés permettant de reconnaitre les performances d’un bâtiment dans un ou plusieurs de ces domaines.

L’objectif est de limiter la consommation énergétique à 50 kWh/m²/an (ou 80 kWh/m²/an pour les rénovations). Pour cela, la règlementation préconise une surface minimale de baies vitrées, un traitement des ponts thermiques, un certain niveau d’étanchéité à l’air et une résistance thermique minimale des parois extérieures1.

La prochaine règlementation thermique dirigera les nouvelles constructions vers le bâtiment à énergie positive, en maintenant le travail sur de nouveaux systèmes, le chauffage solaire et le travail sur le confort d’été. Les manières de se chauffer et de rafraichir les ambiances deviennent primordiales et inviteront à optimiser l’éclairage naturel, les économies d’eau et les systèmes passifs.

Pour l’instant, la véranda est soumise à ces réglementations lorsqu’elle communique librement avec l'habitation. S’il y a un châssis de séparation entre la véranda et l'habitation, cette réglementation ne s'applique pas car l’espace-serre n’entre pas dans le calcul de la SHON RT. En revanche, les apports thermiques de l’espace-serre sont comptabilisés dans le BBio qui comptabilise les besoins énergétiques du bâtiment2.

1 Construire et habiter basse consommation Editions PC 2011 2 https://www.e-rt2012.fr/explications/conception/definition-bbio-rt-2012/

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La question de l’espace-serre vis-à-vis de la règlementation rejoint le propos du travail de Jacques Ferrier, rencontré à l’ENSAM en 2015, à propos des doubles peaux et des espaces de transitions : « une paroi intérieure qui respecte toutes les normes, permet l’existence d’une deuxième peau, extérieure

qui offre beaucoup plus de possibilité » en matière

d’architecture. Etant un système passif extérieur l’espace-serre n’est pas soumise à la règlementation des volumes chauffés. L’architecte est donc libre de le concevoir comme il le souhaite.

1-4-3- Climat méditerranéen

Le climat méditerranéen présente-t-il des caractéristiques favorables aux espaces-serres ?

On retrouve ce climat au nord du tropique du cancer (Californie, bassin méditerranéen) et au sud du tropique du capricorne (Australie, Afrique du sud, Centre du Chili). Cependant nous nous intéresserons au climat méditerranéen français, plus particulièrement celui du secteur de Montpellier.

La France métropolitaine se divise en 8 zones climatiques, selon la RT 2012. Elle associe un coefficient climatique (ainsi qu’un coefficient d’altitude) rentrant en compte dans les calculs des performances à respecter. Ainsi la consommation maximum tolérée peut varier du simple au double selon la situation géographique d’un bâtiment.

Types de climats selon Règlementation thermique (à gauche) et Daniel Joly (à droite)

2

Le climat méditerranéen est de type tempéré. Son climat estival chaud et sec est sans doute ce qui caractérise le plus son architecture. Se protéger de la chaleur et ventiler sont une nécessité : les taux de climatiseur par mètre carré dans le tertiaire y sont les plus élevé de France selon une étude du CEREN. Bien que plus doux en hiver, la consommation énergétique des habitants pour le logement est relativement équivalente à celles de régions plus froide3.

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Consommations d’énergie par habitant et par secteur en France en 2008 1 Daniel Joly Les types de climats en France, une construction spatiale. Cybergeo : European Journal of Geography, 2010.

2 BADECHE Mounira Impact de Loggia Vitrée sur le confort thermique dans la région de Constantine 2008 3 http://www.statistiques.developpement-durable.gouv.fr/accueil.html

Température La température de l’air dépend en grande partie des apports solaires mais aussi de la pression atmosphérique, de la teneur en eau, et des échanges avec les corps environnants.

Cette grandeur permet le calcul de degrés jour, indispensables pour l’évaluation des charges de chauffage ou de la climatisation dans un bâtiment.

La température moyenne est de 24,4°C aux mois les plus chauds de l’année : Juillet et Août, température maximale de 36,5°C (le 23 juillet en 2015) La température moyenne de l’air chute pour atteindre la valeur de 8,2°C au mois de Janvier (mois le plus froid de l’année), la température moyenne minimale est de 3.3°C

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http://www.infoclimat.fr/climatologie/annee/2015/montpellier-frejorgues/valeurs/07643.html

Le climat méditerranéen de Montpellier se caractérise par une saison chaude de Juin à Aout, et une deuxième saison froide et plus longue qui s’étend de Novembre à Avril. Les mois de Mai, Septembre et Octobre constituent une transition entre les deux périodes, froide et chaude.

Précipitation Le climat est plutôt sec, le total de précipitations annuelles est de 727 millimètres soit environ 50 et 70mm par mois en moyenne. Une saison plus marquée par les pluies de septembre à décembre et par des épisodes Cévenols en automne avec une moyenne de 110 mm (pouvant dépasser les 234 mm).

Vent Le vent est défini par deux paramètres : sa direction, et sa vitesse moyenne qui sont des facteurs importants dans les échanges par convection et évaporation. À Montpellier, la vitesse du vent varie entre 2,1 et 2,9 m/s avec une moyenne annuelle de 2,4 m/s, et un total de vent calme de 44,3 % d’après les informations de la station1

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Quant à la direction du vent, elle est variable selon les saisons. Néanmoins, les vents dominants sont respectivement de direction Nord et Nord Nord/Est-Ouest. Ouest/Nord-Ouest et Sud-Est. Les journées de vent faibles sont plus fréquentes pendant les mois de septembre et octobre tandis que le mois de décembre présente la valeur maximale de vent froid, qui participe à dégrader les conditions de confort.

Les journées de vent faible sont plus fréquentes pendant les mois de septembre et octobre tandis que le mois de décembre présente la valeur maximale de vent froid, qui participe à dégrader les conditions de confort.

1 https://fr.windfinder.com/report/montpellier_aeroport

La durée journalière de l’ensoleillement La durée de l’ensoleillement influence directement l’exploitation de l’énergie solaire en architecture bioclimatique, et dirige le choix de l’orientation des baies vitrées. Une paroi verticale orientée au Sud peut bénéficier d’une exposition solaire la plus favorable en période hivernale alors qu’une mauvaise orientation Ouest en période estivale, peut prolonger la durée de l’inconfort de plusieurs heures pendant la journée.

Montpellier reçoit 2715h d'ensoleillement par an soit une moyenne de 226 heures par mois, 7 heures et demi de soleil par jour.

Les degrés jours représentent la différence de degrés à rattraper entre la température extérieure à une température do confort choisi (18°C par exemple). A Montpellier la moyenne DJU chauffagiste (sur les 10 dernières années) est 1255 et la moyenne DJU climaticien (sur les 10 dernières années) est de 1441. Le climat est donc relativement confortable, les régions H1 au Nord-Est de la France peuvent avoir un DJU cumulée entre 2200 et 2800. http://www.infoclimat.fr/climatologie/annee/2015/montpellier-frejorgues/valeurs/07643.html

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1-4-4- Avantages par rapport à une réhabilitation classique

Transformation de 530 logements –Quartier du Grand Parc - Bordeaux - Lacaton & Vassal, Druot – 2016 © Philipe Ruault Les apports des espaces-serres pour les logements hlm antérieur aux premières règlementations thermiques sont multiples. Plutôt que de démolir, ils permettent un renouvellement des typologies existantes et du confort thermiques mais aussi acoustique, lumineux et visuel.

Une réhabilitation classique en RT2012 impose un niveau de consommation de moins de 80kWh/m²/an, mais aussi, une isolation par l’extérieur en façade et toiture, un système de ventilation performant, changement des vitrages et des menuiseries des systèmes de chauffage et un traitement des ponts thermiques sont les travaux habituellement préconisés.

En addition d’un gain énergétique, l’espace-serre offre également un espace conséquent, non chauffé, mais habitable une partie du temps. Il peut être occupé une grande période de l’année, permet d’isoler la façade et de chauffer une partie du logement.

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Transformation de 530 logements –Quartier du Grand Parc - Bordeaux - Lacaton & Vassal, Druot – 2016 L’agence Lacaton et Vassal envisage l’espace-serre comme un plus « luxueux » car spacieux mais aussi inespéré de ces occupants tant la démarche est originale Ils offrent. une surface habitable à moindre coût que les habitants vont pouvoir investir comme un second séjour et « permet de sortir de la typologie uniforme et rationnelle et créer de surcroit une situation qui est économiquement très rentable ».1 Un espace calme à l’abri du vent, du bruit, des vis-à-vis, qui permet de prolonger les typologies de faible surface des logements des années 1970. Ce travail de rénovation s’accompagne également d’une amélioration des espaces de circulation et de service ainsi que des espaces verts.

L’espaces-serre est un capteur solaire qui si il est bien conçu « est utilisable en permanence aux mis saisons, entre 50 et 75% du temps en hiver sous un climat tempéré ».2 Les espaces-serres permettent un gain énergétique non négligeable, notamment en réhabilitation. Dans le cas d’un espace serre orienté sud étude du SNFA révèle qu’elle peu faire jusqu’à 18% des besoins de chauffages.3 Le confort acoustique apporté par l’espace-serre dépend de la localisation du projet, de nature de la paroi et du type de nuisance sonore subit. Benoit Ramos a mené une étude sur le sujet dans son mémoire Lier conforts thermiques et acoustiques dans les logements collectifs en climat méditerranéen. Sa conclusion est la suivante « Il ressort d’après l’ensemble des simulations effectuées, qu’à partir d’environ 2 m de profondeur une loggia dont le volume est tapissé d’absorbant efficace en murs latéraux et en toiture, permet si elle est couplée à la mise en œuvre d’un garde-corps massif, une atténuation réglementaire de 30 dB.»4 L’espace-serre agit comme un filtre acoustique dont l’efficacité dépend des choix architecturaux du concepteur, la générosité donné volume de cet espace et les propriétés de ses matériaux.

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1 DRUOT Frédéric LACATON Anne VASSAL JP, +Plus, les grands ensembles logements,territoires d'exeptions, Ministere de la culture et de la communication 2004

de

2 Architecture d’aujourd’hui n°209 Juin 1980 3 SNFA Communiqué de presse Paris 2014 4Benoit Ramos – Mémoire de master 2 - Lier confort thermiques et acoustiques dans les logements collectifs en climat méditerranéen – ENSAM – 27 janvier 2016

En conclusion : Depuis son invention, l’espace-serre s’est développé et est aujourd’hui particulièrement présent en Europe et dans les logements individuels français. En introduction nous nous étions questionné sur son absence des logements collectifs neufs ou en réhabilitation. Nous avons vu que les habitants des logements des années 1960 à 1980 vitrent leur loggias et leur balcon pour gagner espace et en confort. Ces interventions individuelles peuvent entrainer des nuisances en termes de confort et d’architecture. Son utilisation en climat méditerranéen pourrait représenter un risque d’inconfort en été, mais les consommations énergétiques des logements des régions qui lui sont associées pourraient s’en trouver diminuées. Le contexte politique et économique actuel favorise l’emploie des espaces-serres en particulier pour la réhabilitation en ne lui imposant pas de contraintes, tant qu’il existe une séparation entre cet «espace en plus » et le logement chauffé. L’utilisation des espaces serres est également attrayante car elle peut bénéficier de programmes d’aides de financement pour la réhabilitation et la mise en place de projets innovants et performants.

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2- Fonctionnement et composition architecturales des espaces-serres

Afin de répondre à notre questionnement posé en introduction, nous allons tout d’abord chercher à comprendre le fonctionnement d’un espace-serre et les différents composants architecturaux qui le constituent aujourd’hui.

Ces informations nous permettront de déterminer les paramètres que nous fixerons en troisième partie, pour chacune des phases de simulations.

2-1- Phénomène physique

Pour bien comprendre les espaces-serres, il est important de comprendre le phénomène physique à l’origine de son fonctionnement : l’effet de serre. « L'usage de l'expression « effet de serre » s'est étendu dans le cadre de la vulgarisation du réchauffement climatique causé par les gaz à effet de serre qui bloquent et réfléchissent une partie du rayonnement thermique1. Or le bilan thermique d'une serre s'explique essentiellement par une analyse de la convection et non du rayonnement : la chaleur s'accumule à l'intérieur de la serre car les parois bloquent les échanges convectifs entre l'intérieur et l'extérieur » selon https://fr.wikipedia.org/wiki/Effet_de_serre L’effet qui contribue au bilan thermique d’un espace-serre est donc sa capacité à emprisonner et stocker la chaleur, et non à refléter le rayonnement dans un espace clos comme l’expression « gaz à effet de serre » pourraient le laisser entendre.

Le transfert thermique est l’assemble des transferts d’énergie du à une différence de température, il constitue la base du fonctionnement d’un espace-serre.

Rayonnement Le flux solaire dans l’espace est de 1362W/m². Lorsqu’il pénètre dans l’atmosphère, il est absorbé, réfléchi et transmis, et n’est plus que de 342W/m² en moyenne (mais peut atteindre 1000 W/m² par endroit) lorsqu’il atteint la Terre. Le soleil transmet sa chaleur à la terre par rayonnement, c’est-à-dire le déplacement d’une onde électromagnétique de très petite longueur d’onde (inférieure au nanomètre). Lorsque cette onde entre un contact avec un solide, elle est réfléchie, transmise et absorbée selon la nature du matériau : les molécules s’agitent et un rayonnement infrarouge de plus grande longueur d’onde est émis.

Flux incident = flux réfléchi + flux absorbé + flux transmis

En journée, lorsque le rayonnement solaire atteint la paroi vitrée de la serre, une partie de ce rayonnement est réfléchie, une partie est absorbée par le verre, et le reste est transmis de l’autre côté de la paroi. Le rayonnement entre alors en contact avec le sol, les murs, le mobilier et chauffe la matière: le rayonnement infrarouge réémis ne peut pas traverser le vitrage, l’air chaud est alors contenu dans la serre et ne peut pas échanger l’extérieur : la température augmente.

La nuit, le rayonnement cesse. Les matériaux qui ont une bonne inertie continuent à émettre la chaleur reçue pendant la journée. La température de la serre continue d’augmenter légèrement pendant que la température des matériaux diminue, jusqu’à atteindre l’équilibre thermique Conduction La conduction est un transfert d’énergie à travers la matière solide. Lorsque la température de l’espace-serre est supérieure à la température extérieure, l’espace-serre perdra de l’énergie et de la chaleur, dont une partie sera causé par conduction. Plus la résistance thermique du vitrage et des menuiseries sera élevée, moins ces déperditions seront importantes.

Convection La convection est un transport d’énergie dans la matière avec déplacement de la matière : il s’agit des échanges d’air entre deux milieux qui ne sont pas à la même température, ici le logement, la serre et l’extérieur.

Lorsque la température de la serre dépasse la température du logement, un transport de matière (d’air chaud) et donc d’énergie à lieu vers le logement, soit par grilles d’aération, soit par ouverture de la baie-vitrée.

L’hiver, l’air du côté de la paroi vitrée va avoir tendance à refroidir et donc à se condenser, alors que l’air du côté plus chaud du logement va se dilater et s’accumuler dans la partie haute du volume (l’air froid plus dense va porter le volume d’air chaud qui l’est moins). C’est pour cette raison qu’il est plus difficile de chauffer les grands volumes, l’air chaud est en hauteur alors que l’usager est au sol.

PERROT Olivier, Cours sur le rayonnement, Département Génie Thermique et énergie I.U.T. de Saint-Omer Dunkerque 2010 LIEBARD Alain et DE HERDE Traité d’architecture et d’urbanisme bioclimatiques Edition Le Moniteur 2005 http://www.energieplus-lesite.be/index.php?id=9921

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2-2- Influence de la profondeur et confort de l’espace-serre

Le confort global peut se définir comme le produit des différents types de confort : si un seul est nul alors on est en situation d’inconfort. On peut l’écrire sous cette forme : Confort global = Confort visuel x Confort acoustique x confort thermique Cependant il existe également d’autre conforts, non quantifiables mais tout aussi importants liés au plaisir, à l’usage, à l’intimité, au calme, au sentiment de liberté ou encore de contraintes. Si la fonction de l’espace-serre est définie comme un capteur solaire habitable, il peut apporter d’avantage en matière d’usages et de confort.

TANIZAKI Junichirô Eloge de l’Ombre, Edition Verdier 2011 (traduit par René Sieffert) LIEBARD Alain et DE HERDE Traité d’architecture et d’urbanisme bioclimatiques Edition Le Moniteur 2005

2-2-1- Confort d’usage et dimensions En tant qu’espace de vie, la profondeur et les dimensions de l’espace serre commanderont directement l’usage que l’utilisateur en fait. Pour Anne Lacaton et jean-philipe vassal « un espace deux fois plus grand c’est deux fois plus de possibilités » et donc deux fois plus habitable sur le plan de l’usage. DRUOT Frédéric LACATON Anne VASSAL JP, +Plus, les grands ensembles de logements et territoires d'exceptions, Ministère de la culture et de la communication 2004

La forme et la dimension d’un espace sont déterminantes dans l’usage et de l’appropriation que l’on peut en faire.

La « véranda » peut être imaginée ou représentée comme un espace de petite taille qui sert à entreposer des plantes, des assises ou des objets encombrants. Se projeter en situation de confort dans un espace comme celui-ci parait difficile. Nous pouvons donc nous demander ce qui détermine les qualités d’habitabilité d’un espace.

Dans le dictionnaire, l’habitabilité d’un espace est en lien direct avec l’architecture : «Ou il y a suffisamment de place pour les occupants», signifie que l’habitabilité d’un lieu est dans un premier temps directement liée à sa surface et son volume. Il faut « assez d’espace » pour habiter, et donc pratiquer toutes les activités qui sont nécessaires à notre vie quotidienne.

Par « espace habitable », on pourrait donc s’en tenir dans un premier temps aux volumes qu’un habitant peut occuper sur la durée seul, ou à plusieurs. http://www.larousse.fr/dictionnaires/francais/habitable/38774

Liste non exhaustive des activités pratiquées dans un espace habitable : 37

-S’installer à plusieurs et discuter face à face.

-S’installer à plusieurs et discuter côte à côte.

-S’installer autour d’une table.

-Pratiquer une activité sur un plan de travail (étude, bricolage, écriture, arts).

-Pratiquer une activité physique, avec éventuellement du matériel (banc, tapis, vélo d’appartement).

-Jouer (ballons, projectiles, drones d’intérieur).

-Stocker des plantes, du matériel, du mobilier, de l’art.

On peut alors définir plusieurs niveaux d’habitabilités en fonction de la profondeur d’un espace serre qui aurait la même largeur que le logement auquel il est accolé : Profondeur de 100 cm : la dimension d’un balcon, une seule unité de passage permettant de s’assoir, ou d’entreposer des plantes. Elle ne permet que des occupations ou activités de courte durée.

Profondeur de 200 cm : c’est l’espace minimum pour pouvoir installer une table avec une circulation agréable autour. C’est également la dimension pour pouvoir allonger ses jambes et laisser une unité de passage. Ou encore la dimension d’un bureau ou d’une chambre d’enfant ou d’ami.

Profondeur de 280 cm : une unité de passage supplémentaire permet à deux personnes être assises face à face, autour d’une table basse. C’est aussi la largeur d’une table de pingpong ou encore la profondeur d’un chambre de 3.2m de large, et donc potentiellement d’un bureau, un espace de travail.

Profondeur de 360 cm : cette dimension nous permet d’installer une véritable salle à manger, une table ses chaises et des espaces de circulation tout autour.

Transformation de 530 logements –Quartier du Grand Parc - Bordeaux - Lacaton & Vassal, Druot – 2016

38

Deux usages différents de deux espace-serres voisins qui ont les mêmes dimensions : un jardin botanique et une salle de prière/ Les typologies d’espace-serre duplex pour le logement collectif sont aussi envisageables.

Son volume sera plus difficile à chauffer en hiver, notamment à cause du phénomène de stratification mais offrira à l’habitant un rapport différent à l’espace et au paysage ainsi que de nouvelles possibilités d’usage. Ci-dessous un point de vue depuis une typologie d’espace-serre double hauteur (avec toiture translucide en polycarbonate) :

Projet Boreal 39 logements – Tetrarc - Nantes 2011 © Stéphane Chalmeau

2-2-2- Confort lumineux

Le prolongement d’un logement par un espace-serre permet à l’habitant de lui trouver différents usages cependant il génère une ombre portée sur la façade du logement et diminue alors son apport en rayonnement solaire direct et sa luminosité.

En réhabilitation « La profondeur supplémentaire des logements est largement compensée en termes d’éclairage naturel par une dimension des baies vitrées environ 5 fois plus importantes »1 1

DRUOT

Frédéric

LACATON

Anne

VASSAL

JP,

+Plus,

les

grands

logements,territoires d'exeptions, Ministere de la culture et de la communication 2004

39

ensembles

de

Le bon fonctionnement de l’espace-serre en tant que capteur solaire, mais aussi en tant qu’espace habitable peut être un conflit dans la prise de décision du concepteur. Ce masque solaire diminuera le confort mais sera le bienvenue en été.

En hiver d’hiver un espace-serre de profondeur 280cm pourra capter jusqu’à 52% du rayonnement, 66% pour 200 cm, 39 pour 360 cm. Plus l’espace-serre est profond et moins le logement recevra d’apports directs.

Schéma de la proportion de rayonnement direct transmise dans le séjour avec un espace-serre de profondeur 200 cm d’exposition sud (schémas des différentes profondeurs disponibles en annexes)

On note également que le facteur solaire du vitrage B est modifié, puisque le vitrage A a déjà bloqué une partie de la transmission du rayonnement. On distingue donc une perte due au masque de l’espace serre et une seconde perte due à la multiplication des facteurs solaires.

Comparaison de facteur lumière du jour d’une typologie orientée sud sans espace serre de 280 cm de profondeur (à droite le 21 juin à midi à gauche le 21 décembre à midi)

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Comparaison de facteur lumière du jour d’une typologie orientée sud avec espace serre de 280 cm de profondeur (à droite le 21 juin à midi à gauche le 21 décembre à midi)

Calculs de l'éclairement naturel, de l'autonomie lumineuse et du facteur de lumière du jour avec Radiance.

On observe que l’espace-serre déplace le taux de luminosité reçu dans la partie attenante du logement. L’apport maximal ne se situe plus majoritairement dans le séjour mais dans l’espace-serre. Cependant il reste une partie de rayonnement non négligeable pour pratiquer les activités quotidiennes et « permettre de voir les objets nettement et sans fatigue »1. La présence de l’espace-serre va donc modifier les usages des espaces du séjour (et de l’espace-serre) en fonction du besoin de luminosité de l’habitant.

Après une réhabilitation impliquant la construction d’espace-serre, l’occupant retrouvera dans l’espace-serre ou contre la baie vitrée, la luminosité qu’il trouvait auparavant au milieu du séjour. L’occupant pourra utiliser les espaces dont la luminosité est plus faible pour pratiquer les activités qui nécessitent une luminosité moins importante.

1 LIEBARD Alain et DE HERDE Traité d’architecture et d’urbanisme bioclimatiques Edition Le Moniteur 2005

2-2-3- Confort thermique

Par effet de serre, l'espace-serre monte en température dès qu'elle capte le rayonnement solaire. Il apporte de manière passive une sensation de confort à l’utilisateur quand il fait froid à l'extérieur Elle lui apporte également de l'ombrage en été lorsqu'il fait trop chaud : l'espace-serre ouvert et ventilé se comporte alors comme une loggia protégée des vents et du soleil. Les sensations de chaleur ou de fraîcheur sont déterminantes du confort thermique et donc de l'usage et du taux de fréquentation d'un espace. De la même façon que la chaleur du feu de cheminée en hiver, il attirera à lui les différents habitants d’un même foyer.

Il existe 6 facteurs de confort thermique : La température opérative qui est une moyenne de la température ambiante de l’air et des parois température des parois, l’humidité relative et la vitesse de l’air, le niveau d’habillement et d’activité de l’habitant.

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En climat méditerranéen français l’humidité n’est pas un facteur d’inconfort, il n’est pas naturel de se rendre compte de l’humidité relative de l’air entre 30 et 70% d’humidité. En revanche le vent peut être une source d’inconfort s’il dépasse 0,2 m/s à l’intérieur, mais peut également avoir un effet positif : à 3 m/s au contact de la peau, la température ressentie diminue d’un degré.

Diagramme de Givoni (92% de confort) -’Interface Pleiades Comfie

La zone de confort (en orange) dépend de la température sèche et l’humidité absolue. Les points en dehors de la zone de confort représentent des moments de gêne, ou au moins des instants inconfortables pour les occupants. Sur ce diagramme, la vitesse de l’air n’est pas prise en compte.

Malgré l’ensemble de ces paramètres, la perception du confort de

chaque individu est

unique : elle dépend de sa culture, de sa constitution et de son métabolisme. Ainsi deux individus similaires pratiquant la même activité dans un même espace, n’auront pas la même sensation ni les mêmes critères de satisfactions vis-à-vis du confort thermique.2 Comme il est impossible de fixer des critères de confort thermiques garantissant une totale de satisfaction nous ne pouvons qu’établir une probabilité de satisfaction sur une ambiance donnée.

Administrativement, un espace peut être défini comme « habitable » ou « occupable » entre certaines températures : « Dans un logement récent ou neuf (date de dépôt du permis de construire postérieure au 1er juin 2001), les équipements de chauffage doivent permettre de maintenir à 18°C la

42

température au centre des pièces. La température obligatoire de chauffage de l'ensemble des pièces d'un logement est fixée à 19°C. »3 De la même façon l’INRS (institut national de recherche et de sécurité) considère que la chaleur constitue un risque pour quelqu’un pratiquant une activité au-delà de 28 degrés. A première vue cette plage de température semble cohérente avec notre expérience quotidienne : notre confort dans nos habitats se situe de manière générale sur une plage de température allant de 18°C à 26°C. 2 HESHONG Lisa, Architecture et volupté thermique Editions Parenthèses 1981 3 https://www.servicepublic.fr/particuliers/vosdroits/F32563 4 http://www.inrs.fr/

2-2-4- Rôle de l’occupant

L’espace-serre étant un système passif, il nécessite la participation de l’occupant pour fonctionner. Pour le rendre le plus habitable l’occupant va adopter une stratégie : c’est-à-dire un comportement d’ouvertures et de fermetures des différents composants de la serre sur lesquels il a possibilité d’agir.

Ces composants sont principalement les ouvrants entre extérieur et intérieur de l’espaceserre ainsi que les ouvrants situés sur la paroi séparatrice entre espace-serre et logement.

Chaque utilisateur aura un usage différent de cet espace aura donc des critères de confort différents (en fonction du type d’activité, période d’occupation, métabolisme de l’individu) et devra donc adopter une stratégie d’utilisation particulière. La zone climatique et l’orientation sont également déterminantes sur la stratégie à adopter. Par exemple le climat méditerranéen est marqué par un hiver doux mais des étés particulièrement chauds.

On distingue donc au minimum deux périodes qui nécessitent chacune deux stratégies différentes, pour la journée et la nuit.

En hiver, la journée l’espace-serre est un capteur solaire. On laisse toutes les parois fermés de façon à laisser monter la température.

Lorsque celle-ci est supérieure à la température

du logement, on ouvre la paroi séparatrice pour laisser entrer l’air chaud à l’intérieur.

Lorsque la température de la serre diminue on referme la paroi séparatrice puis on répète le processus.

La nuit, les parois restent fermées, l’espace-serre est légèrement plus chaud que la température extérieure et constitue un espace de transition thermique préchauffant les apports nécessaires au renouvellement d’air. Cet effet peut être amplifié en utilisant un rideau thermique qui permettra d’une part d’additionner sa résistance thermique à celle de la menuiserie de l’espace-serre, et éventuellement refléter les rayonnements infrarouges provenant du logement chauffé.

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Schéma des apports par rayonneement et convections durant la journée.(à gauche) Schémas du rayonnement émis par déphasage des matéraux en l’absence de rayonnement (à droite)

En été, l’objectif de la journée est de préserver l’espace-serre et le logement de la surchauffe. Il faut donc privilégier les transferts par convection entre la serre et l’extérieur.

On peut également limiter les apports par rayonnement avec un système de protection solaire. L’espace-serre ouvert se comporte alors comme une loggia non vitrée.

La nuit, le rafraichissement nocturne (ou free-cooling) consiste à ouvrir le logement et la serre pour faire rentrer l’air plus frais, et éviter une éventuelle surchauffe due au déphasage des matériaux à forte inertie qui continuent à émettre sous forme de chaleur l’énergie qu’ils ont reçu et accumulé en journée.

Schéma de l’espace-serre se comportant comme une loggia non vitrée les jours de chaleur (à gauche) – Schéma du rafraichissement nocturne (à droite)

PERROT Olivier, Cours sur le rayonnement, Département Génie Thermique et énergie I.U.T. de Saint-Omer Dunkerque 2010 LIEBARD Alain et DE HERDE Traité d’architecture et d’urbanisme bioclimatiques Edition Le Moniteur 2005 http://www.energieplus-lesite.be/index.php?id=9921

44

2-4- Etudes de cas

A travers l’observation de différents projets d’architecture et d’échanges avec des architectes, nous avons établi une liste de composants architecturaux qui caractérisent formellement les espaces-serres attenants aux logements collectifs actuels.

Ces 5 projets se situent en France dans différentes zones climatiques et présentent des configurations

et

des

stratégies

d’utilisation

différentes.

Ces

configurations

ont

nécessairement été choisies par l’architecte, en fonction de plusieurs critères : comme le parti-pris architectural et urbain du projet, la culture des habitants, le climat, l’orientation, le budget du projet.

-Les logements sociaux rue des Orteaux de l’agence Armand Nouvet situés à Paris : -Le projet Herold de Jakob et MacFarlane situé également à Paris -La transformation de 530 logements du quartier Grand Parc à Bordeaux de l’agence Lacaton & Vassal. -La résidence Amplia de Lyon Confluence de l’agence Lypsky Rollet Architecture.

Nous retenons différents paramètres qui vont nous permettre de comprendre de quelles façons les architectes adaptent les espaces-serres aujourd’hui : la zone climatique, l’orientation, la profondeur, l’allège ou garde-corps, le pourcentage d’ouverture maximum de la paroi extérieure, l’étanchéité du vitrage, le type de mur séparateur, la matérialité, l’inclinaison, la présence de protection solaire, et de rideaux thermiques.

45

Logements sociaux rue des Orteaux - Armand Nouvet – Paris – 2015 ©G.Clement Zone Climatique RT2012

H1a

Orientation

Sud-Ouest Nord-Ouest

Profondeur

150cm

Allège

Aucune

Ouverture:

100%

Etanchéité

Forte

Vitrage

Verre extra clair

Type de parois en contact avec la serre

100%

Inclinaison

Aucune

Protection solaire

Stores intérieurs

Matériaux

Béton, mur capteur

46

Transformation de 530 logements –Quartier du Grand Parc - Bordeaux - Lacaton & Vassal, Druot – 2016 Zone Climatique RT2012 H2c Orientation

Sud-Est, Sud-Ouest, Nord-Est, Nord-Ouest

Profondeur

280cm

Allège

Aucune

Ouverture:

50%

Etanchéité

Faible

Vitrage

Polycarbonate ondulé

Type de parois en contact avec la serre

Vitrage 100%

Inclinaison

Aucune

Protection solaire

Rideaux thermiques et réflecteurs

Matériaux

Béton et vitrage 47

Herold - Dominique Jakob et Brendman MacFarlane – Paris - 2008© N.Borel Zone Climatique RT2012

H1a

Orientation

Toutes orientations

Profondeur

200cm

Allège

Aucune

Ouverture:

100%

Etanchéité

Faible

Vitrage

Rideaux ETFE

Type de parois en contact avec la serre

100%

Inclinaison

Aucune

Protection solaire

Aucune

Matériaux

Béton

48

Amplia - Lypsky Rollet Architecture - Lyon confluence – 2013- © Paul Raftery Zone Climatique RT2012

H1c

Orientation

Sud-Ouest, Nord-Ouest

Profondeur

200cm

Allège

Aucune

Ouverture:

100%

Etanchéité

Moyenne

Vitrage

Volets repliables avec jalousie)

Type de parois en contact avec la serre

30% vitrage

Inclinaison

Aucune

Protection solaire

Stores verticaux sur la paroi intérieure

Matériaux

ITE + Bardage terre cru, platelage bois

* 49

2-5- Composants architecturaux

La question de l’adaptabilité de la serre dépend directement des choix l’architecte.

Cependant, les échanges thermiques qui ont lieu dans une serre sont complexes et leur appréhension peu intuitive pour un non-spécialiste. Il est donc difficile pour l’architecte d’évaluer ou de dimensionner à vue d’œil quels seront les effets des différents composants sur l’habitabilité de l’espace-serre tout au long de l’année.

Nous allons donc établir une liste des différents paramètres et rappeler leur rôle à jouer sur le plan du confort de l’habitant. On peut les catégoriser ainsi, de l’extérieur vers l’intérieur : - L’orientation ; la profondeur ; le type d’intégration.

- Le type d’ouvrants ; les vitrages ; - la nature des sols et des parois - Les filtres solaires et isolants amovibles ; intérieurs et extérieurs 2-5-1- Orientation

L’orientation Sud : d’une manière générale, la majorité des spécialistes s’étant exprimés au sujet des espaces-serres s’accordent à dire que l’orientation sud est la plus avantageuse.

C’est l’orientation à priori idéale pour prolonger un séjour, lumineux et espace d’occupation principal de l’habitat ou le besoin de chauffage est le plus important. Cependant, on peut se demander si cette affirmation se vérifie dans toutes les conditions, que cela soit au niveau du climat, de l’architecture de la serre ou du rôle joué par l’occupant. Les orientations Sud-Est et Sud-Ouest sont également envisageables. Les apports solaires y seront plus faibles et cet effet pourrait être amplifié suivant le type de vitrage notamment le polycarbonate dont le facteur solaire est fortement diminué en fonction de l’angle d’incidence du rayonnement.

L’orientation Est et Ouest : ces deux orientations reçoivent leurs heures d’ensoleillement le matin ou l’après-midi, au levant ou au couchant avec un rayon d’incidence relativement bas voire rasant à l’ouest, en défaveur du confort visuel et thermique car il peut induire la surchauffe et l’éblouissement. Ces orientations sont utiles pour le prolongement des chambres et des pièces secondaires que l’on utilise plutôt le soir ou le matin, ou encore du séjour mais avec une protection solaire adaptée.

L’orientation Nord semble la plus défavorable au confort et à la productivité solaire des espaces-serres. Cette orientation reçoit principalement le rayonnement diffus, et sera par 50

conséquent plus difficile à chauffer. Sa luminosité sera constante mais plus faible comparé à une orientation Sud, Ouest ou Est. Cependant, cette orientation est tout de même envisageable car l’espace-serre bénéficie d’un confort acoustique et constitue un espace tampon qui isole le logement des vents et des températures extrêmes. Sa température intermédiaire entre la température du logement chauffé et l’extérieur va ralentir les déperditions par conduction de la paroi séparatrice.

Architecture d’aujourd’hui n°209 Juin 1980 BADECHE Mounira Impact de Loggia Vitrée sur le confort thermique dans la région de Constantine 2008

2-5-2- Intégration

Il existe plusieurs façons d’intégrer un espace-serre à un logement. Le concepteur aura à choisir la meilleure selon son projet, qu’il soit neuf ou en réhabilitation. Le choix de l’intégration aura des conséquences sur le confort de la serre et du logement Elles peuvent être classées dans quatre catégories :

Schéma des différents types d’intégrations d’espace-serre à un logement. (De la gauche vers la droite, un espace-serre adossé, attaché, en angle et semi-encastré)

L’espace serre adossé : sa surface de captage est supérieure et profite de plusieurs orientations.

L’espace-serre attaché : cette typologie ne possède qu’une seule paroi donnant sur l’extérieur, il optimise les surfaces de stockage et d’échange avec les espaces intérieurs. Elle minimise donc les déperditions thermiques du logement vers l’extérieur.

L’espace-serre d’angle : permet de bénéficier de deux orientations à la fois mais plus difficile à intégrer lors de la conception du projet.

L’espace-serre

semi-encastré :

la surface des parois verticales extérieures est

sensiblement égale à celle de la surface des parois en contact avec le logement.

51

Tableau des apports solaires reçus et des besoins de chauffage en fonction du type d’intégration

1

On remarque que la position de la serre à une influence sur la quantité d’apport qu’elle reçoit et aussi sur la quantité l’énergie qu’elle permet de faire économiser sur logement (les apports « «utiles » représentent la quantité d’énergie transmise au logement). Une serre encastrée recevra moins d’apport, mais les diffusera mieux à l’intérieur contrairement à l’espace-serre en verrue. La question de la surface de la paroi séparative et de ses ouvrants est donc déterminante pour sa productivité solaire.

1 BADECHE Mounira Impact de Loggia Vitrée sur le confort thermique dans la région de Constantine 2008

2-5-3- Matérialité

L’inertie thermique est la capacité d’un matériau à emmagasiner de la chaleur et à la restituer. Elle dépend de l’effusivité (la capacité d'un matériau à transmettre un signal de température d'un point à un autre de ce matériau)

et de la diffusivité thermique (ou la

capacité à échanger de l’énergie thermique avec son environnement) On préfèrera les matériaux avec une densité importante, comme le béton, la brique ou la pierre qui permettront un confort d’hiver plus important. Dans le cas où l’inertie de la paroi séparatrice est faible (dans le cas d’une isolation par l’extérieur ou d’une paroi séparatrice totalement vitrée), la paroi émettra un rayonnement moins important et fera chuter plus vite la température opérative de l’espace-serre.

La couleur du matériau détermine en partie son albédo et affectera ses propriétés thermiques: la couleur d’une peinture détermine l’intervalle de spectre et donc la proportion de rayonnement absorbé et reflété : elle sera maximale pour une couleur noire et minimale pour une couleur blanche, l’espace-serre sera le logement attenant recevant plus de lumière naturelle.

52

Le choix des matériaux et de leur couleur peut améliorer le confort de l’espace serre suivant la saison : on préfèrera un matériau à faible inertie et couleur claire comme le bois pour le confort d’été, forte inertie et sombre pour le confort d’hiver.

Herold - Logements HQE - Dominique Jakob et Brendman MacFarlane – Paris - 2008 © N.Borel (à gauche) Un espace serre bois isolation thermique extérieur et enduit terre-cru - Amplia - Lypsky Rollet Architecture Lyon confluence – 2013 (à droite)

http://www.energieplus-lesite.be/index.php?id=9921 LIEBARD Alain et DE HERDE Traité d’architecture et d’urbanisme bioclimatiques Edition Le Moniteur 2005

2-5-4- Type de parois séparatrices

Le fonctionnement d’un espace- serre dépend en partie de la nature de la paroi qui le sépare du logement. Cette limite peut être totalement opaque, partiellement ou totalement vitrée.

Mur capteur en pierre - Maison d’Olivier SIDLER, résidence principale – Département de la Drôme – 1980

53

Dans le cas où la paroi est majoritairement opaque et composée d’un matériau à forte inertie, l’espace-serre agit comme un mur trombe. La paroi séparative est un mur accumulateur non isolé et se sert de la conductivité du matériau pour transmettre sa chaleur au logement par déphasage thermique. Cependant cette option est peut-être plus difficilement envisageable aujourd’hui à cause de la réglementation

qui impose

une

résistance thermique aux parois extérieures. De plus pour fonctionner cette stratégie impose une surface de parois séparatives opaques conséquente et ne laisse qu’une faible part au vitrage, les apports lumineux sont donc considérablement réduits à l’intérieur du logement.

Schéma du fonctionnement d’un espace-serre avec mur capteur

Source : OLIVIA JP et COURGEY Samuel La conception bioclimatique des maisons économes et confortables en neuf et en réhabilitation, Broché, 2006

Paroi séparatrice totalement vitrée Transformation de la tour Bois Le Prêtre – Paris 17 – Druot Lacaton et Vassal 2011 © DRUOT F

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Dans le cas où la paroi séparatrice est constituée principalement d’un vitrage, la stratégie consiste à transmettre les apports par rayonnement plutôt que conduction en privilégiant la surface des ouvrants entre l’espace-serre et le logement.

Cette stratégie a un avantage sur le rapport qu’entretient l’habitat avec l’espace-serre. La transparence entre logement et espace-serre induit une perception différente de cet espace pour l’habitant.

Dans cette configuration, l’espace-serre n’est plus un espace extérieur ou un entre-deux, mais est perçu par l’occupant comme un seul et même espace. En effet, des interactions visuelles peuvent maintenant avoir lieu entre l’intérieur et l’extérieur, surveiller ses enfants, s’installer ou pratiquer une activité entre les deux espaces est désormais possible. Ainsi, une personne pourra librement aller dans l’espace-serre en hiver sans pour autant se sentir isolée, elle aura la sensation d’appartenir au même espace, ce dernier paraît alors plus grand et offre de nouvelles possibilités.

LIEBARD Alain et DE HERDE Traité d’architecture et d’urbanisme bioclimatiques Edition Le Moniteur 2005 http://www.energieplus-lesite.be/index.php?id=9921 http://education.hespul.org/particuliers/concevoir-un-habitat-econome/batiment-basse-conso/lenveloppe-thermique/les-verandas-et-murs-trombes

2-5-6- Types d’ouvrants et menuiseries

L’espace serre est une seconde peau, elle donne donc le rythme, l’échelle, la matérialité, le vocabulaire du bâtiment, et permet de faire le lien entre le projet et son contexte. Il existe plusieurs critères pour choisir le type d’ouvrant extérieur d’un espace serre.

Le type d’ouvrant : détermine la surface maximale ouvrable, coulissante, oscillo-battante, abattante, repliable ou à la française. A un pourcentage d’ouverture maximal par rapport à sa surface, une baie vitrée coulissante à deux vantaux n’est ouvrable que sur 50% de sa surface. Un plus grand nombre de montants diminuera la surface du vitrage et donc les apports solaires, mais ils permettront

une plus grande souplesse dans la gestion de

l’ouverture.

55

Amplia - Lypsky Rollet Architecture - Lyon confluence – 2013 © Paul Raftery

Système de nacos fabriqué sur mesure pour le rendre ouvrable en totalité et optimiser le confort en été et mi-saison.

Le matériau de la menuiserie: détermine son prix, sa tenue dans le temps, son entretien. Il aura également une influence sur les caractéristiques thermiques de l’ouvrant, notamment son coefficient d’isolation thermique Uw qui est également important car il a une influence sur la conductance de l’ouvrant.

Menuiserie bois coulissantes extérieures, qui permet un taux d’ouverture de 50% Logements sociaux rue des Orteaux - Armand Nouvet – Paris – 2015 ©G.Clement

-L’étanchéité des menuiseries doit permettre le renouvellement d’air du logement, tout en respectant le classement AEV qui leur attribue un indice d’étanchéité à l’air, à l’eau, et au vent en fonction de la zone climatique et de l’altitude du projet. L’indice réglementaire est le « Q4 PaSurf » : c’est le ratio du débit de fuites rapporté à la surface de parois froides hors planché bas du bâtiment et ne doit pas dépasser 1,0 m³/(h.m²) en logement collectif. La paroi extérieure de l’espace-serre n’y est pas contrainte. En revanche, un renouvellement d’air trop important pourrait l’empêcher de monter en température et diminuer sa productivité solaire.

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Menuiseries peu étanche en métal et polycarbonate alvéolaire - Transformation de 530 logements –Quartier du Grand Parc - Bordeaux - Lacaton & Vassal, Druot – 2016

-Inclinaison de la paroi : la perpendicularité du rayonnement incident permet une transmission maximale à travers le vitrage et diminue sa réflexion. L’angle d’incidence du rayonnement solaire étant différent selon la période de l’année, adapter l’angle du vitrage permettrait à l’espace serre de recevoir plus d’apports en hiver.

Lot A – ZAC Lyon Confluence - Tania Concko – 2011 © JF TREMERGE

TECHNI’BAIE Le magazine de la fermeture et de la protection solaire n°13 Mai 2006 LIEBARD Alain et DE HERDE Traité d’architecture et d’urbanisme bioclimatiques Edition Le Moniteur 2005

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2-5-7- Types de vitrages

Le vitrage est un élément central dans la conception bioclimatique et l’architecture en général. Ses principales caractéristiques : son coefficient de transmission thermique Ug en W/m²K, son facteur solaire ainsi que son facteur de transmission lumineuse. On parlera de Uw (ou U window) pour parler du coefficient global de la menuiserie, cadre compris.

Le facteur solaire et de transmission lumineuse définit le pourcentage de rayonnement transmis et de lumière transmise. Le rayonnement solaire est composé à moitié de rayonnement infrarouge et d’autre moitié de lumière visible. Les deux sont donc liés mais certains vitrages filtreront d’avantage les infrarouges que la lumière ou inversement.

L’émissivité d’un matériau représente son aptitude à émettre un rayonnement infrarouge, c’est-à-dire le rapport entre le flux incident reçu et le flux réémit, c’est donc une valeur comprise entre 0 et 1. Par exemple le vitrage standard à une émissivité comprise entre 0.8 et 0.9, il réémet donc de 80% à 90% du rayonnement absorbé.

Plusieurs types de vitrages sont possibles, des réponses optimisées au besoin de l’utilisateur, que ce soit confort thermique d’hiver, d’été, ou visuel. Certains seront donc plus adaptés au bon fonctionnement des espaces-serres : -Les verres réfléchissants diminuent la part de rayonnement transmis: en augmentant la part de rayonnement réfléchi. Ils diminuent donc le risque de surchauffe en été.

-Un verre absorbant est un verre « teinté dans la masse » et réduit sensiblement l'énergie transmise. L’énergie absorbée est réémise des deux côtés du vitrage Pour augmenter la capacité isolante d’un vitrage on recouvre le verre d’une couche d’oxyde métallique qui réduit son l’émissivité. Le double ou triple vitrage permet à la menuiserie de contenir un gaz (air ou argon) qui va augmenter la capacité isolante du vitrage, on parle alors de vitrage à haut rendement ou basse émissivité.

-Les vitrages peu émissifs ont une conductivité très faible, ce sont donc de bons isolants : ils réduisent les pertes par conduction. Cependant, leur facteur solaire est moins important que celui des vitrages simples : il sera donc intéressant de déterminer s’il est préférable de privilégier l’isolation ou le facteur solaire du vitrage d’un espace-serre.

-Les polycarbonates, pleins ou alvéolaires sont une alternative aux vitrages en verre : ce matériau moins cher présente pourtant des caractéristiques thermiques similaires au simple vitrage : une résistance mécanique. Il possède en revanche une faible isolation acoustique, sont plus salissants et ont une tenue dans le temps moins bonne que le verre. À cause des

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irrégularités de sa paroi, son facteur solaire diminue fortement selon l’angle horizontal d’incidence. http://www.energieplus-lesite.be/i Catalogue de mesures d’efficacité énergétique pour la France : fiches descriptives Etude réalisée pour le compte de l’ ADEME 2012 LIEBARD Alain et DE HERDE Traité d’architecture et d’urbanisme bioclimatiques Edition Le Moniteur 2005

2-5-8- Ventilation Les techniques de ventilation permettent de conduire l’air préchauffé par l’espace-serre en hiver jusque dans le logement. Il existe plusieurs mécanismes actifs ou actifs permettant d’y parvenir.1 On utilise la ventilation mécanique contrôlée: technique est consommatrice d’énergie car elle nécessite un moteur qui aspire l’air vicié des logements et les rejettent à l’extérieur. Il se produit donc un appel d’air dans les niveaux inférieurs : l’air extérieur entre dans l’espaceserre par les entrées d’air situées sur les menuiseries (ou par infiltration). L’air y est préchauffé puis est transmis au logement de la même façon.

La ventilation naturelle par dépression est une alternative passive à la VMC. Grâce à la mise en place typologie de logement traversant ou d’une tour à vent, les phénomènes de dépressions naturelles de l’air généreront un appel d’air de l’extérieur vers l’intérieur. De la même façon, l’air contraint de passer par l’espace-serre sera préchauffé durant sa transition vers le logement.

Le besoin de renouvellement d’air hygiénique pour une typologie T3 est d’environ 75 m3/h à 90 m3/h. D’une manière générale le taux de renouvellement d’air doit être de 15m3/h par personne et par heure.

En hiver, si l’extraction d’air cesse et que les ouvertures entre l’espace-serre et le logement ne sont pas fermées, il se produit une inversion du courant de convection de l’air. Ce phénomène appelé « frigo circulation » transmet la chaleur du logement vers l’espace-serre, ce qui n'est pas souhaitable. Pour éviter ce problème, on peut disposer un clapet de contrôle devant les grilles de ventilations, ainsi, la circulation de l'air ne peut se faire que dans un sens.2 1 GHJUVAN Antoine, thèse, Rafraîchissement par la ventilation naturelle traversante des bâtiments en climat méditerranéen, Université Pascal Paoli, 2014 2 CELAIRE Robert (adapté de YANDA Bill & FISHER Rick) Une serre solaire pour chauffer votre maison et pour jardiner toute l'année Eyrolles 1982

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2-5-9- Protection solaire et thermique

La protection solaire est le composant architectural incontournable du confort d’été et de l’architecture bioclimatique en général. La protection solaire, peut prendre plusieurs formes, fixe ou mobile, et soit intérieure soit extérieure. Il en existe plusieurs types, du brise-soleil à l’auvent, des rideaux aux stores, des protections manuelles ou automatiques. Sa position et son rôle de filtre entre extérieur et intérieur en font un élément visuel fort qui caractérise les ambiances et l’expérience de l’occupant et du passant.

Les protections intérieures : elles permettent une facilité d’utilisation pour l’occupant et ne nécessitent pas d’être particulièrement résistantes puisque elles sont protégées par le vitrage. Mais elles sont cependant moins performantes qu’une protection extérieure (jusqu’à 25%) car une fois le rayonnement transmis, la chaleur est emprisonnée entre le vitrage et la protection.

Exemples : rideaux, toiles d’ombrage, stores vénitiens, stores plissés, vélums.

Les protections extérieures : elles sont plus performantes mais aussi plus couteuses car plus résistantes aux vents, à la chaleur et aux intempéries.

Exemples : brise-soleil à lames horizontales ou verticales, auvent, brise-soleil orientable, , volets et volets roulants, store banne Les protections fixes : la protection fixe protège la paroi durant toute l’année. En l’adaptant aux angles d’incidence du rayonnement de la région du projet, la protection fixe favorise le confort d’été sans diminuer les apports solaires reçus en hiver. Des protections fixes à lames verticales peuvent également protéger le vitrage des éblouissements dus au rayonnement qui présentent un faible angle d’incidence.

Exemples : débord de toiture, film teinté ou réflecteur, brise-soleil verticaux et horizontaux Les protections mobiles : elles permettent à l’habitant d’être acteur de son confort. Elles lui permettent d’ajuster à tout moment la luminosité et le pourcentage de rayonnement solaire reçu. Ainsi, les apports solaires peuvent être maximums en hiver et minimums en hiver.

Exemples : panneaux occultant coulissant, volets, volets roulants brise-soleil à lamelles orientables horizontales Les cahiers techniques du bâtiment N°153 Mai1994 p22-32 TECHNI’BAIE Le magazine de la fermeture et de la protection solaire n°13 Mai 2006 p16 LIEBARD Alain et DE HERDE Traité d’architecture et d’urbanisme bioclimatiques Edition Le Moniteur 2005

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2-5-10- Rideaux réfléchissants et isolants

La nuit ou en l’absence de rayonnement solaire, les matériaux continuent à émettre un rayonnement jusqu’à ce que l’équilibre thermique soit atteint. Ce phénomène est appelé le déphasage. Une partie de cette chaleur sera perdue par défaut d’étanchéité des menuiseries ainsi que par conduction. Elles sont donc en partie responsables de la chute de température de l’espace-serre après la tombée de la nuit.

Pour prolonger la période d’habitabilité de l’espace-serre, on peut intervenir sur la paroi entre extérieur et intérieur afin de diminuer les pertes par conductivité en la rendant plus isolante. Il existe différentes méthodes : -Les panneaux d’isolations rigides dépliables avec charnière : ce système est employé dans les serres agricoles et permet à la serre de maintenir une certaine température la nuit.

Cependant ce dispositif est contraignant et difficilement adaptable pour le logement.

-Les rideaux thermiques : ils s’utilisent comme un rideau ordinaire, mais sont composés d’un isolant mince. Placé contre une fenêtre, la résistance thermique de ce type de rideau s’additionne à celle de la menuiserie. Ce type d’isolation plus fin est aussi plus couteux. La surface de ces rideaux peut également être réfléchissante de façon à renvoyer les rayonnements émis durant le déphasage des matériaux. Cette surface réflective peut permettre de réfléchir 90 % de l'énergie rayonnée par l'intérieur.

Rideau thermique intérieur -Lacaton Vassal 59 Logements jardins Neppert - Mulhouse 2015 - ©Philipe Ruault (à gauche) Rideau réfléchissant extérieur - Transformation de 530 logements –Quartier du Grand Parc - Bordeaux - Lacaton & Vassal, Druot – 2016 - ©Philipe Ruault (à droite)

LACATON & VASSAL, El Croquis, Fernando Marquez Cecilia, Richard Levene, 2015 https://www.pratique.fr/poser-rideau-reflechissant-isolant.html

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En conclusion : Les phénomènes qui régissent le fonctionnement des espaces-serres sont complexes et difficilement quantifiable pour des non-spécialistes. Ils présentent des avantages sur plusieurs plans, conforts thermiques et visuels mais aussi sur les usages qu’ils peuvent accueillir. Les différents espaces-serres contemporains étudiés se sont différenciés par la diversité de leur vocabulaire architectural. Chaque composant ayant un rôle particulier à jouer sur le plan du confort et du fonctionnement de l’espace serre, mais aussi sur l’ambiance : une volonté de la part de l’architecte de proposer des qualités d’espace grâce à l’associant de matériaux, de formes, et de rythmes et qui en s’organisant autour de stratégie thermique et de fonctionnement, répondent aux besoins spécifiques de chaque projets.

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3 Adapter l’espace-serre au climat méditerranéen

Nous avons vu en première partie de ce mémoire les enjeux et les intérêts de l’espace-serre en climat méditerranéen. Puis nous avons compris le fonctionnement et les différentes conceptions qu’un espace-serre peut avoir. Dans cette dernière partie, nous répondrons aux questions posées en introduction grâce à la mise en place d’un protocole expérimental et de simulations thermiques dynamiques.

3-1- Objectifs

Nous venons de voir qu’un ensemble des phénomènes thermiques et aérauliques complexes sont à l’origine du fonctionnement des espaces serres. Cependant, à l’instar des conforts visuels et acoustiques, ces phénomènes physiques sont difficiles à quantifier par «intuition». L’architecte peut avoir besoin d’une aide pour guider certains choix lors de la conception d’un espace-serre.

Notre objectif sera donc de contribuer à l’élaboration d’un outil qui nous permettra de connaître à l’avance et de façon quantifiée les qualités d’un espace-serre correspondant aux choix architecturaux du concepteur.

Nous allons donc chercher à connaître pour chaque configuration d’espace-serre,

une

habitabilité, un coût, et une économie des besoins de chauffage. La quantification de ces données pourrait favoriser la démocratisation de ce type d’espace en climat méditerranéen.

Ces résultats seront par la suite analysés et classés dans un tableau d’aide à la conception pour rendre leur utilisation plus facile.

-Trouver un outil capable de simuler thermiquement un espace-serre et déterminer les conditions dans lesquelles les simulations seront effectuées.

-Classer les différentes configurations d’espaces-serres possibles en fonction de sa composition architecturale.

-Fixer un critère pour évaluer l’habitabilité d’un espace-serre.

-Associer à chaque configuration d’espace-serre un coût de construction qui permettra à l’architecte ou à un maître d’ouvrage de choisir en fonction du budget du projet.

-Mesurer l’influence de l’espace-serre sur les besoins de chauffage du logement.

63

3-2- Outils 3-2-1Choix de l’outil

Les règles physiques qui permettent de connaitre la température d’un espace-serre à un instant donné est trop complexe pour être calculée à la main. Nous devons donc utiliser un outil de simulation thermique dynamique qui la calculera à notre place. Plusieurs choix s’offrent à nous.

-Logiciel de programmation visuelle de type Grasshoper : il pourrait permettre de créer un outil capable de faire les calculs dont nous avons besoin. Cependant, les formules sont trop complexes à entrer dans le logiciel, notre essai a donc été infructueux.

-Dial+ : ce logiciel permet de faire une simulation thermique mono-zone, et donc d’un seul espace à la fois. Notre étude nécessite de distinguer le logement chauffé de l’espace serre et donc au moins deux zones.

-Logiciel de STD : Alcyone + Pleiades Comfie : nous permet d’effectuer des simulations thermiques dynamiques bizones, afin d’étudier les échanges entre l’espace-serre et l’espace auquel il est accolé.

La société Izuba-energies décrit le logiciel sur son site internet : « COMFIE est un moteur de calcul de simulation thermique dynamique multizone des bâtiments développé depuis 1990 par le Centre d'énergétique de l'école des Mines de Paris. Il calcule de façon précise et rapide les flux thermiques entre zones thermiques à partir du descriptif du bâtiment, de son environnement et des occupants; tout en tenant compte de l’influence de l’inertie sur les besoins de chauffage et sur le confort d’été. Un outil idéal pour la conception de bâtiments à basse consommation et haut niveau de confort » COMFIE permet de calculer : « -Les débits d'air en ventilation naturelle et forcée pour chaque menuiserie, entrée d'air etc.

-L'influence de matériaux à changement de phase incorporés aux parois -Les performances d'une installation photovoltaïque intégrée au bâtiment -L'influence d'un puit climatique couplé au bâtiment -Les besoins d'éclairage artificiel -La consommation des équipements 64

En complément des calculs de besoins énergétiques, le calcul des consommations des équipements de chauffage, de climatisation, d'ECS, d'éclairage et de ventilation permet d'obtenir le bilan en énergie finale du bâtiment. » http://izuba-energies.com/logiciel

Interface Comfie – Composants du projets et réglage des critères de conforts.

Interface Comfie – Lecture des résultats d’une simulation

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Courbes des températures extérieures, espace-serre et séjour pour la configuration de base le 21 Juin.

Courbes des températures extérieures, espace-serre et séjour avec la configuration de base le 21 décembre.

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Courbes de températures sur l’année 2015 dans l’espace-serre de 280cm orienté sud et la plage de température que l’on considère confortable pour la configuration de base.

On observe que la température maximale de l’espace-serre est de 35.5°C et la température minimale de 7,7°C. La température extérieure présente une température maximale de 36.5°C et une température minimale de -5°C. L’espace serre a donc réduit la plage de température, elle est 31% plus habitable contrairement à une loggia qui serait non vitrée par exemple. Son taux d’habitabilité est de 60% à l’année (dont 16% durant la période chaude et 8% durant la période froide et 17% et 19% durant les demi-saisons)

3-2-2-Limites de l’outil

Le logiciel Pleiades+Comfie n’est pas fait pour simuler le comportement des espaces-serres, c’est un outil utilisé par certains bureaux d’études pour dimensionner les systèmes et isolations d’un projet. Nous avons eu recours à certaines astuces (dont une partie expliquée en annexe par la société Izuba-énergie elle-même) pour faire les simulations dont nous avions besoin.

Par ailleurs, les différences entre le modèle et la réalité, ainsi que les imprécisions des calculs du logiciel, induiront des erreurs possibles les ordres de grandeur. Nous nous intéresserons au sens de variation des résultats obtenus plutôt qu’à leur valeur.

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3-3- Choix de la typologie étudiée

3-3-1- Typologie

Choix de la typologie Nous choisissons une typologie pour mesurer nos essais, un logement collectif T3 de 827m² qui intègre des espaces serres, Jardin Neppert de l’agence Lacaton Vassal. Ce choix est motivé pour deux raisons : -On peut la considérer comme représentative du travail de l’agence sur la conception de logements neufs ou en réhabilitations. Cette typologie est régulière, traversante et contient des chaudières individuelles. La conception du logement est simple et économique, ainsi on peut imaginer qu’elle peut être facilement reproductible et améliorée, ou encore transposable à un projet de réhabilitation.

-Une volonté de travailler en binôme avec Luc Di Pietro dont le mémoire « Le jardin d’hiver, architecture passive et logement collectifs» a également pour thématique les espacesserres. En travaillant sur une même typologie, nos résultats pourront être complémentaires et comparables.

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Lacaton Vassal 59 logements jardins Neppert - Mulhouse 2015 Š Philipe Ruault

Plan T3 R+2 - Lacaton Vassal 59 logements jardins Neppert - Mulhouse 2015

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Interface Alcyone – Modélisation de la typologie

Notre modélisation de la typologie sur le logiciel présente des différences avec la réalité : pour les besoins de notre recherche le projet se situe en climat méditerranéen à Montpellier ; les pinions de l’espace-serre sont en béton non isolé et la typologie est considérée comme voisine de typologie identique sur les côtés, au niveau inférieur et supérieur.

Chauffage Le logement présente 3 radiateurs, alimentés par une chaudière à condensation gaz - 24kW qui sera utilisée pour le chauffage et l’eau chaude. Notre modèle ne calculera que les besoins de chauffage.

Ventilation La ventilation du logement est assurée par trois extractions VMC hygro A situées dans les pièces suivantes : - La salle de bain une extraction de 30m3/h - Les wc une extraction constante de 15m3/h - Le séjour cuisine une aspiration constante de 75m3/h Plusieurs entrées sont intégrées sur les différentes menuiseries entrées d’air : - 2 entrées d’air 45m3/h sous 20Pa sur la paroi extérieur-serre.

- 2 entrées d’air 45m3/h sous 20Pa sur la paroi serre-intérieur.

- 3 entrées d’air 30m3/h sous 20Pa sur la façade nord (par défaut) du projet.

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3-3-2- Occupants

Nous choisissons de prendre un scénario familial classique : une famille de trois personnes :.

Deux des membres partent travailler durant la journée pendant qu’un dernier reste tout le temps dans le logement, mais il n’occupe l’espace-serre qu’un pourcent du temps. Sa chaleur sensible (de 80 Watt) et sa chaleur latente 55 g/heure) pour ne pas fausser les résultats

Interface COMFIE – Scénario d’occupation du séjour 3-3-3- Habitabilité et comportement

Afin d’évaluer le confort d’un espace-serre, nous devons choisir un critère qui permet de déterminer si un espace est habitable ou ne l’est pas à un instant donné. Nous établissons un seul critère : celui de l’habitabilité, suivant la plage de température de 18°C à 26°C. Audelà ou en deçà de ces températures, on considère que l’espace n’est pas assez confortable pour être utilisé par ses occupants. Nous pourrons ainsi établir une comparaison entre l’habitabilité d’un logement standard et celui d’un espace-serre.

Dans la réalité, le scénario d’ouverture et de fermeture des différentes parois de l’espaceserre sont imprévisibles car chaque famille aura des contraintes ou des besoins particuliers (inoccupation du logement, besoin sécurité, intimité). Pourtant, le scénario d’ouverture et de fermeture d’un espace-serre a une grande influence sur sa température intérieure et sa productivité solaire.

71

Nous utiliserons donc un scénario d’ouverture et fermeture optimal réalisé par une famille d’occupants experts : ils utilisent l’espace-serre de façon à générer le meilleur taux d’habitabilité possible, c’est-à-dire conserver le maximum du temps une température comprise entre 18°C et 26°C : Les scénarios d’ouverture et fermeture seront donc les suivants : Scénario d’hiver -vitrage extérieur espace-serre On l’ouvre à 100% de son taux d’ouverture maximal lorsque la température de l’espace-serre dépasse 26°C. -vitrage espace-serre intérieur La journée, on laissera le vitrage fermé tant que la température de l’espace-serre ne dépasse passe pas 22°C (24°C en réalité car l’occupant peut agir avec 2 degrés de retard) Au-delà de cette température l’occupant ouvre le vitrage à 100% de son taux d’ouverture maximal Scénario Printemps et Automne -vitrage extérieur espace-serre On l’ouvre à 100% de son taux d’ouverture maximal lorsque la température de l’espace-serre dépasse 26°C. -vitrage espace-serre – intérieur La journée, on laissera le vitrage fermé tant que la température de l’espace-serre ne dépasse passe pas 20°C (22°C en réalité car l’occupant peut agir avec 2 degrés de retard) Au-delà de cette température l’occupant ouvre le vitrage à 100% de son taux d’ouverture maximal Scénario d’Eté -vitrage extérieur espace-serre On l’ouvre à 100% de son taux d’ouverture maximal lorsque la température de la serre dépasse 20°C -vitrage espace-serre – intérieur La journée, on laisse le vitrage ouvert tant que la température de l’espace-serre ne dépasse passe pas 20°C (22°C en réalité car l’occupant peut agir avec 2 degrés de retard) 72

Au-delà de cette température l’occupant ferme le vitrage à 100%.

La nuit on ferme le vitrage lorsque la température de l’espace-serre chute en dessous de 18°C.

3-4- Caractéristiques des différents paramètres : 3-4-1- Paramètres variables

Voici la liste des paramètres dont nous allons mesurer l’influence : -La profondeur : nous choisissons d’évaluer trois espace-serre de profondeurs différentes : 200 cm ; 280 cm ; 360 cm pour une même hauteur sous plafond de 250 cm.

-L’orientation : nous choisirons également de comparer l’influence des orientations Sud, Ouest et Nord. Les résultats pour l’orientation Est pourront être assimilés aux résultats de l’orientation Ouest.

-Le type de vitrage : nous comparerons un simple vitrage et un double vitrage peu émissif.

Simple vitrage : Menuiserie aluminium FS = 0,86 Uw = 6 w/m²K Double vitrage peu émissif : Menuiserie aluminium FS = 0,65 Uw = 1,6 w/m²K -La matérialité du sol : Un matériau à forte inertie : Béton brut de 30cm d’épaisseur 6kg/m² conductivité =1,75 W/mK et une résistance R = 0,17 m².K/W Un matériau à faible inertie : Platelage bois de 5cm d’épaisseur 25kg/m² conductivité = 0,15 W/mK et une résistance R = 0,33 m².K/W -L’inclinaison : on choisit 90° pour la configuration de base et 60 degrés correspondant à la perpendiculaire de l’angle du rayon incident moyen en hiver. L’inclinaison limite la réflexion du rayonnement d’hiver sur le vitrage et transmettra plus d’apports à l’espace-serre.

-La protection solaire : nous choisissons une protection solaire mobile à lame de facteur solaire 0,5 50% du rayonnement, présente en journée durant la moitié de l’année.

-L’allège : mise en place d’une allège pleine en bloc de béton non isolé de 1 mètre de haut (hauteur de garde-corps) en conservant 1m50 de vitrage au-dessus.

-Le rideau thermique : un rideau épais d’une résistance thermique R = 0,75 m².k/W venant se coller parfaitement à la paroi vitrée et éviter un maximum de déperdition.

73

Enfin nous comparons les résultats par rapport à une typologie identique mais prolongée par une loggia non-vitrée de même dimension que l’espace-serre étudié.

Nous obtenons le tableau suivant pour un espace-serre de profondeur 280cm orienté Sud :

En première ligne du tableau la serre de référence et en dernière ligne une typologie identique sans espace-serre. Chaque ligne est une configuration différente avec seulement un changement de composant.

3-4-2- Paramètres fixes et limites de validités

Après plusieurs simulations d’essais, nous décidons que certains paramètres resteront fixes, leur influence ne sera donc pas mesurée : -Etanchéité des menuiseries : la paroi vitrée entre extérieur et espace-serre peut ne pas être étanche pour des économies (notamment aux panneaux polycarbonates des projets de réhabilitation de l’agence d’architecture Lacaton Vassal). Cependant, l’habitabilité en hiver peut chuter d’environ 5 à 10% selon le défaut d’étanchéité (voir graphique ci-dessous).

74

Graphique de variations des températures de l’espace-serre sur une année: (en vert 100% d’étanchéité, en rouge 95% d’étanchéité)

Pourcentage d’ouverture maximal des menuiseries : nous remarquons que

le taux

d’habitabilité cesse d’évoluer significativement après 50% du taux d’ouverture maximal de ses menuiseries.

Dimension de l’ouverture de la paroi séparatrice : nous choisissons de faire les simulations avec une paroi séparatrice totalement vitrée comme c’est le cas sur la typologie d’origine. Ce paramètre influence également l’usage et le mode vie de l’habitant comme évoqué dans la seconde partie. Le logement recevra les apports solaires par rayonnement direct et par convection.

Contenu et occupation de l’espace-serre : l’espace-serre que nous étudions est totalement vide, la présence de mobilier ou de plantes aurait un impact sur les résultats. Les plantes pourraient notamment augmenter le taux d’habitabilité en été grâce au phénomène d’évapotranspiration.

Paramètres pour l’orientation Nord : nous n’étudions l’influence que de trois composants, le type de vitrage, l’allège et le rideau thermique. Les autres dépendant essentiellement du rayonnement solaire, les simulations auraient été inutiles.

3-5- Phases de simulations

Nous cherchons à connaitre l’influence des différents paramètres et composants architecturaux entre eux. Nous allons donc évaluer huit paramètres : six ont deux variantes (le vitrage, la matérialité, l’inclinaison, la protection solaire, l’allège et les rideaux thermiques)

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et deux ont trois variantes (la profondeur et l’orientation). Nous décomposerons la recherche en deux phases : Une première phase de simulation dont l’objectif est d’observer l’influence de la profondeur d’une typologie pour chaque orientation.

Une seconde phase pour nous concentrer sur un espace-serre de dimension 280cm (profondeur originale de la typologie choisie) et chercher à connaître ses meilleures configurations possibles.

3-5-1- Protocole I : Recherche de l’influence de la profondeur des espaces-serres

Les simulations sont effectuées dans un ordre précis de façon à les retrouver facilement dans un tableau. Nous utilisons une notation pour classer les différentes configurations : on choisit la configuration de base la plus simple noté V0-M0-I0-P0-A0-R0 puis on fait varier les paramètres architecturaux 0 à 1. 0 étant la configuration de base, 1 la variante. L’ordre des simulations pour la première phase est donc : V0-M0-I0-P0-A0-R0, V1-M0-I0-P0-A0-R0, V0-M1-I0-P0-A0-R0, V0-M0-I1-P0-A0-R0 et ainsi de suite jusqu’à V0-M0-I0-P0-A0-R1.

Grâce à l’aide d’un économiste en bâtiment nous avons pu attribuer à chaque composant un prix (disponibles en annexes) et donc connaître le coût rapporté au m² de ce type d’espace.

Nous observerons le rapport entre habitabilité et coût d’un espace-serre construit dans le cadre d’une opération neuve. Leur mise en place dans le cadre d’une opération de réhabilitation étant logiquement plus couteuse, de l’ordre de 140€/m² HT.

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Espace-serre de base V0-M0-I0-P0-A0-R0

V0

M0

Simple vitrage

Intérieur béton

V1

M1

650€/m²HT

Double vitrage

750€/m²HT

Intérieur bois

700€/m²HT

I0

Inclinaison 90°

I1

Inclinaison 60°

650€/m²HT

P0

Aucune protection solaire

P1

Protection solaire

780€/m²HT

A0

Aucune allège

A1

Allège à un mètre

550€/m²HT

R0

Aucun rideau thermique

R1

Rideau thermique

730€/m²HT

77

3-5-2- Résultats I : Influence de la profondeur et des différents composants architecturaux

Pour toutes les configurations simulées, l’habitabilité obtenue est toujours supérieure au taux d’habitabilité d’une loggia non vitrée. Notre hypothèse était donc juste, la construction l’espace-serre est pertinente en climat méditerranéen, quel que soit son orientation ou sa profondeur parmi celles qui ont été testées.

Tableau type des résultats (voir annexes)

Nous pouvons tirer des résultats les déductions suivantes : -L’inclinaison du vitrage est bénéfique pour l’orientation ouest contrairement à l’orientation sud. Les apports supplémentaires obtenus par inclinaison de

la paroi sont donc plus

favorables aux conditions thermiques d’hiver alors qu’elles provoquent une surchauffe au sud.

-La matérialité affecte le taux d’habitabilité, un espace-serre en bois limitera les surchauffes l’été mais sa faible inertie ne permet pas de compenser en hiver (-11% en hiver +2% en été) -La présence de l’allège réduit les apports solaires en hiver (on observe une baisse du niveau d’habitabilité de 4%) -Les besoins de chauffage du logement sont relativement faibles compte tenu du niveau d’isolation du modèle (de l’ordre de 10kW/m²). Un espace-serre construit dans le cadre d’une réhabilitation diminuera de manière plus efficace ses besoins de chauffages et possèdera une habitabilité identique.

78

Graphiques des résultats après simulation des 8 paramètres indépendamment les uns des autres pour un espace-serre d’une profondeur 280cm orientés Sud, Ouest et Nord. (Les mêmes pour les différentes profondeurs de serres sont disponibles en annexe).

On regarde la moyenne des habitabilités obtenue pour chaque orientation et chaque profondeur : -Moyenne des habitabilités obtenues pour un espace-serre d’une profondeur 200cm orientés Sud : 66,7% Ouest : 60,4% et Nord : 49,7 -Moyenne des habitabilités obtenues pour un espace-serre d’une profondeur 200cm orientés Sud 61,2 Ouest 55,4 et Nord : 48 -Moyenne des habitabilités obtenues pour un espace-serre d’une profondeur 200cm orientés Sud : 55,7% Ouest 52,6 et Nord : 44,5 Il semblerait d’après la simulation que plus l’espace-serre est grand, moins son taux d’habitabilité est élevé. Ce résultat est d’autant plus vrai si l’espace-serre est orienté à l’Ouest et au Nord. On peut aussi remarquer que le coût de la paroi vitrée sera plus rentable dans le cas d’un espace serre plus profond, car si la surface de plancher varie, la surface de 79

vitrage, de protection solaire ou encore de rideau thermique ne varie pas : le coût de façade au mètre carré de surface occupable est donc plus rentable.

Cependant, comme nous l’avions vu en seconde partie de ce mémoire, les dimensions d’un espace déterminent ses usages, l’architecte doit faire face à un dilemme car il peut proposer un espace plus grand permettant plus de possibilités, mais moins confortable thermiquement en contrepartie.

3-5-3- Protocole II : Recherche de la meilleure configuration

On souhaite créer un outil d’aide à la conception des espaces-serres. Dans un premier temps le concepteur fixe ses paramètres architecturaux, puis l’outil lui donne les caractéristiques de chaque élément à mettre en place pour avoir une habitabilité maximale.

L’outil se présente sous forme de tableau permettant d’orienter les choix de conceptions de l’espace-serre. De la même façon que pour la première phase nous allons simuler les différentes configurations dans l’ordre du tableau et observer les variations d’habitabilité.

Nous allons donc effectuer 64 simulations pour la l’orientation sud, 64 pour l’orientation Ouest (6 paramètres pouvant varier de deux façons chacun) et 8 pour l’orientation Nord (3 paramètres pouvant varier de deux façons chacun).

Exemple de deux configurations parmi les 64 possibles

V0M1I1P0A1R0 associe un simple vitrage incliné, une allège et un platelage bois

V1M0I0P1A0R1 associe un double vitrage, une protection solaire et un rideau thermique

80

On établit les simulations dans l’ordre suivant : V0-M0-I0-P0-A0-R0, V0-M0-I0-P0-A0-R1, V0-M0-I0-P0-A1-R0, V0-M0-I1-P0-A1-R1… jusqu’à V1-M1-I1-P1-A1-R1. Après quoi on change d’orientation et on répète les simulations 3-5-4- Résultats IIa : Comparaison coût-habitabilité

Pour analyser ces résultats nous traçons les graphiques de l’évolution des habitabilités par rapport au coût de construction de la serre. (Ensemble des résultats obtenus classés dans un tableau d’aide à la conception disponible en annexe).

Habitabilité selon coût de construction pour une orientation Sud

Habitabilité selon coût de construction pour une orientation Ouest

Habitabilité selon coût de construction pour une orientation Nord

81

Au premier abord le coût de l’espace-serre n’est pas proportionnel à son habitabilité.

Cependant on peut noter une tendance à trouver les espaces-serres les plus habitables aux prix les plus élevés.

3-5-5- Résultats IIb : Influence moyenne des composants

Influence moyenne de chaque composant architectural sur l’habitabilité pour un espaceserre de 280 cm de profondeur orienté sud. On remarque que l’allège et le bois ont en moyenne des effets négatifs sur l’habitabilité, en particulier le bois qui n’est jamais positif.

L’inclinaison du vitrage a bien une incidence sur l’habitabilité de l’espace-serre, cependant elle a en moyenne un effet neutre, c’est-à-dire qu’elle a eu une influence positive sur l’habitabilité d’une partie des configurations, et une influence négative sur l’autre. Le double vitrage, la protection solaire et le rideau thermique sont bénéfiques dans tous les cas, ce qui n’est pas étonnant puisque ces composants sont mobiles, donc leur utilisation a pu être optimisée par l’occupant expert.

Graphiques de comparaisons de l’influence des différents composants architecturaux pour l’orientation Sud classés par ordre croissant d’habitabilité (autres graphiques disponibles en annexes)

3-6- Indice confort-coût

Nous voulons savoir quelles configurations architecturales sont les plus pertinentes. Nous pourrions avoir pour seul critère l’habitabilité, mais cela ne nous permettrai pas de connaître la configuration la plus rentable. Il sera difficile de savoir quelle configuration choisir si leurs habitabilités sont proches.

82

Pour pouvoir comparer les différentes configurations entre elles, on peut mettre en place un coefficient coût-confort : L’indice confort-coût représente le coût au m² multiplié par le taux l'habitabilité maximum (100% qui va servir de référence) divisé par le taux d'habitabilité obtenue pour une configuration donnée (60% pour l’espace-serre de base par exemple).

On peut donc comparer deux indices qui ont la même unité : le prix au mètre carré habitable 100% du temps. L’indice permet de comparer la rentabilité de deux espaces-serres, on s’assure alors d’obtenir la meilleure serre au meilleur prix.

Habitabilité en %de temps

Coût en €/m²

Calcul de l’indice Confort-coût

Indice Confort-Coût

65

715

(100/60)x715

1094

70

750

(100/70)x750

1108

72

780

(100/72)x780

1084

L’espace-serre du plus au moins rentable sont donc le troisième (1084), le premier (1094) et enfin le second (1108).

Appliquons l’indice à la courbe des résultats obtenus précédemment (ici pour l’orientation Sud, les autres orientations sont en annexes)

Habitabilité selon coût de construction pour une orientation Sud et indice confort-coût

On ne garde que les configurations pour lesquelles l’indice confort-coût est le plus bas (et donc le meilleur) afin de sélectionner les plus pertinentes. Ainsi on s’assure qu’il n’existe pas de configuration plus habitable et moins chère que celles sélectionnées.

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Mise en évidence des meilleures configurations possibles selon l’indice confort-coût pour un espace-serre de profondeur 280 cm et d’orientation Sud

Les résultats sont les suivants : Les meilleures configurations pour un espace-serre en logement collectif de profondeur 280 cm orienté Sud en climat méditerranéen, selon l’indice confort-coût :

Configuration architecturale V0-M0-I0-P1-A0-R1 V0-M0-I1-P0-A1-R0 V0-M0-I1-P0-A1-R1 V1-M0-I0-P0-A0-R1 V1-M0-I0-P1-A0-R1 V1-M0-I1-P0-A1-R1

Habitabilité en %de temps 74 57 66 73 78 72

Coût total €/m²

Economie kWh/m²

ICC

858 555 635 830 958 735

5,5 4,8 5,3 7,2 7 6,7

1159 974 962 1137 1213 1021

Les meilleures configurations pour un espace-serre en logement collectif de profondeur 280 cm orienté Ouest en climat méditerranéen, selon l’indice confort-coût :

Configuration architecturale V1-M0-I0-P0-A0-R0 V1-M0-I0-P1-A0-R0 V1-M0-I0-P1-A1-R0 V1-M0-I1-P0-A0-R1 V1-M0-I1-P0-A1-R0 V1-M0-I1-P1-A0-R1

Habitabilité en %de temps 59 62 59 64 58 66

Coût total €/m²

Economie kWh/m²

ICC

750 878 783 830 655 958

6,3 6,2 5,2 6,8 5,8 6,8

1271 1416 1327 1297 1129 1452

Les meilleures configurations pour un espace-serre en logement collectif de profondeur 280 cm orienté Nord en climat méditerranéen, selon l’indice confort-coût :

Configuration architecturale V0-M0-I0-P0-A1-R0 V1-M0-I0-P0-A1-R0 V1-M0-I0-P0-A1-R1

Habitabilité en %de temps 48 52 55

Coût total €/m²

Economie kWh/m²

ICC

555 683 763

2,6 3,2 3,6

1156 1313 1387

84

On obtient les 15 configurations les plus intéressantes d’un point de vue coût et habitabilité.

Nous n’observons pas de récurrence dans les résultats : aucune configuration n’est présente sur au moins deux orientations différentes. Cela peut s’expliquer par un meilleur rapport entre le coût et l’efficacité de la de la protection solaire et des rideaux thermiques pour l’orientation sud. Le double vitrage devient en moyenne une solution plus rentable pour les orientations Ouest et Nord. L’orientation Sud est celle qui permet une plus grande souplesse dans la conception architecturale : mis à part la matérialité bois du sol, tous les composants architecturaux peuvent contribuer à optimiser l’indice confort-coût de l’espace-serre.

85

Conclusion

Ce mémoire de recherche posait la question de la pertinence architecturale des espacesserres, c’est à dire de serres froides (sans système de chauffage spécifique) adjacentes à des espaces résidentiels en climat méditerranéen. Ce sujet aborde également la meilleure façon de les concevoir afin de leur donner un taux d’habitabilité maximal en terme de qualité d’ambiance et notamment, parce qu’il est l’aspect conceptuel le plus contraignant d’ambiance thermique.

Au terme de ce travail, nous avons vu l’intérêt que représentaient les espaces-serres non seulement dans la conception, mais aussi dans la réhabilitation architecturale des logements. En effet, pour les logements qui en sont pourvus, ces espaces sont positifs en termes d’enjeux pour aujourd’hui et demain, en particulier grâce aux qualités d’usage, aux améliorations de confort, et aux impacts sur les consommations et les dépenses d’énergie de chauffage, dans le cadre de réalisations ou d’adjonctions à coût maîtrisé.

Après avoir analysé différents projets architecturaux existants équipés d’espaces-serres, nous avons mis en évidence les différents paramètres et composants architecturaux (fixes et mobiles, c’est à dire nécessitant ou pas une intervention humaine pour qu’ils jouent leur rôle) qui les constituent et qui influent sur leur comportement thermique et donc également sur leurs conditions d’ambiance. Nous avons alors pu analyser au moyen

de diverses

simulations dynamiques du comportement thermique réel de ces espaces-serres, heure par heure, et sur toute l’année, une relation entre les caractéristiques architecturales de ces espaces, leur habitabilité, c’est à dire les périodes pendant lesquelles ils sont dans des limites de confort thermique acceptable, et leur coût de construction.

Notre travail s’est concentré principalement sur ces espaces que l’on peut qualifier de « semi-habitables » sans investigation approfondie sur les bénéfices induits sur les espaces réellement habitables attenants.

Notre avons ainsi montré dans notre mémoire que construire des espace-serres habitables seulement une partie de l’année (avec des variations d’utilisabilité jour/nuit et été/hiver dépendant de leur conception et de leur orientation) revient nettement moins cher en terme de coût de construction que des espaces habitables 100% du temps. Cela apporte non seulement une qualité d’usage supplémentaire aux logements sur de nombreux points de vue, mais aussi que ces mètres carrés peuvent être particulièrement rentables.

Un espace-serre dont la paroi extérieure est totalement ouverte, est assimilable à une loggia non vitrée, qui est un espace extérieur non protégé et dont les conditions de confort sont celle de l’extérieur. Nous avons montré que les espaces-serres offrent en effet une habitabilité supérieure à ces dernières dans tous les cas analysés, tout en permettant au 86

logement attenant de diminuer ses besoins de chauffage (de l’ordre d’une dizaine de kWh/an/m² dans notre cas) parmi d’autres avantages induits.

L’habitabilité d’un espace-serre dépend de l’association des paramètres et des composants architecturaux qui le constituent. Notre recherche a permis de quantifier leurs influences individuelles sur la variation du taux d’habitabilité (c’est à dire le pourcentage annuel d’heures pendant lesquelles un espace est habitable), du coût de construction et de la productivité solaire pour l’espace adjacent qui viendra en déduction de ses besoins de chauffage.

Nos résultats ont montré logiquement que l’orientation Sud était manifestement la meilleure, suivie des orientations Ouest ou Est et Nord. Il est intéressant de remarquer toutefois l’intérêt et l’habitabilité qui peut rester élevée pour les orientations Nord contrairement à certain à priori. Nous avons observé que lorsque la profondeur d’un espace-serre augmente, son taux d’habitabilité diminue, contrairement à la qualité d’usage potentiel de cet espace.

Les composants architecturaux qui ont le plus d’impact sur l’habitabilité sont premièrement les caractéristiques thermiques du vitrage, puis la protection solaire, le rideau thermique, l’inclinaison de la paroi extérieure de l’espace serre mais aussi les caractéristiques de l’allège de cette paroi.

Ce résultat, est cohérent dans le sens où l’influence des composants fixes, est totalement variable suivant les saisons, tandis que les composants architecturaux mobiles permettent à l’occupant d’adapter son confort à tout instant : ils peuvent être plus couteux mais ils contribuent à la rentabilité de cet espace puisque son occupant pourra l’utiliser une plus grande partie du temps.

Dans le cadre des limites de validité de notre travail de recherche, la meilleure habitabilité pour un espace-serre de 280 cm de profondeur a été obtenue de toute évidence par une configuration d’espace-serre d’orientation Sud. Cet espace est équipé d’un double vitrage peu émissif, d’une protection solaire mobile et d’un rideau thermique.

Cependant, nous avons mis en évidence grâce à l’introduction d’un indice confort-coût qu’il n’existe pas une configuration idéale d’espace-serres, mais plusieurs possibles selon les choix et les contraintes architecturales et budgétaires du concepteur et de son maître d’ouvrage.

L’exploitation et le développement de ce travail pourrait permettre d’aboutir à la création d’un outil d’aide à la conception d’espaces-serres avec lequel l’architecte et son équipe pourront ainsi visualiser, durant la conception, pour un site d’implantation donné, la corrélation entre l’architecture, l’habitabilité, le coût, mais aussi l’ensemble des qualités apporté en terme de

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conforts d’usage, de confort visuel, d’intimité et d’isolation acoustiques qui sont directement commandés par la forme, la matérialité et la stratégie d’utilisation de ces espaces.

Ils pourront aussi permettre à ces concepteurs de convaincre des maîtres d’ouvrage grâce à des arguments chiffrés: proposer la construction d’un espace 35% moins cher qui garantit (dans notre cas) 78% d’habitabilité spécifique pour cet espace supplémentaire. Il ne faut pas négliger le fait que la productivité solaire pour le logement attenant pourra en diminuer le coût global, et que ceci semble être une option potentiellement très convaincante.

Ce type d’outil peut aider les maîtres d’ouvrage, notamment les bailleurs sociaux, dans leur prise de décision sur l’opportunité de proposer des espaces-serres dans leurs programmes de logement neufs mais aussi et surtout dans leurs programmes de réhabilitation. Même si leur mise en place est plus coûteuse dans la réhabilitation des anciens logements que dans la construction neuve, leur apport en termes de bien-être et de coût global y seront beaucoup plus conséquent.

La conception des espaces-serres et des systèmes architecturaux passifs représente une difficulté, en terme de choix de composants et de dimensionnement, tant les phénomènes qui régissent leur fonctionnement sont complexes et interactifs et difficilement quantifiables par intuition. Ces difficultés peuvent inquiéter le concepteur qui s’engage sur la sécurité de fonctionnement et le confort de son projet; il pourra alors leur préférer la sureté des systèmes mécaniques pour réduire la consommation des logements.

En mettant à disposition une quantification des effets des systèmes architecturaux passifs sur le projet architectural, et en associant à un vocabulaire architectural précis un certain niveau de confort prévisionnel, un coût de construction et une contribution chiffrée à la réduction du coût global, on contribue à rendre ces « machines architecturales » aux grandes qualités potentielles (en terme d’architecture, d’habitabilité, de confort d’usage et d’économies d’énergie) plus accessibles pour les architectes et les maîtres d’ouvrages qui pouvaient avoir tendance à s’en méfier.

Il n’en demeure pas moins incontestable que ces espaces doivent être « mis en main » et livrés à leur usagers avec des explications sur les interventions de bon sens à réaliser (comme les scénarios d’ouverture et de fermeture des ouvrants, des rideaux, de la protection solaires ou tout autre systèmes mobiles) permettant d’optimiser l’ensemble des apports qualitatifs potentiel de l’espace-serre.

Le sujet des espaces-serres pour l’habitat est très vaste. Celui-ci fait appel à de nombreux domaines de connaissances différents. Il était important dans le cadre de ce mémoire de limiter notre champ d’investigation à une zone climatique et à la seule problématique de l’habitabilité en fonction du confort thermique pour pouvoir y répondre de manière

88

satisfaisante, et arriver à des résultats mettant en évidence, non seulement leur intérêt d’usage manifeste mais aussi la nécessaire finesse de leur conception architecturale.

Notre recherche peut constituer une base méthodologique pour des développements supplémentaires et d’autres travaux de recherche.

Ainsi, il serait intéressant de continuer à explorer le sujet vers d’autres directions dont la liste, non exhaustive, est la suivante : - Conduire une expérimentation cherchant à analyser les liens entre les résultats simulés et la réalité mesurée puis analyser en particulier la sensibilité du comportement de l’occupant face aux performances de l’espace serre ;

- Développer le travail en englobant dans l’analyse l’incidence sur les performances énergétiques du logement lui-même pour des typologies de logement données ; - Développer ce travail ci-avant en ajoutant le paramètre acoustique dans l’analyse du confort dans le logement ; - S’intéresser à un seul ou seulement quelques composants architecturaux particuliers, et observer leur sensibilité aux performances pour savoir comment les optimiser ; - Partir d’un coût de construction maximal donné pour un espace-serre et développer une méthodologie pour définir l’optimisation de ses paramètres conceptuels en fonction des climats et des orientations ; - Reprendre le même protocole expérimental et le développer pour d’autres zones climatiques ; - Tester des sensibilités l’habitabilité différentes définis ici 18°C – 26°C mais qui peut intégrer différentes catégories de confort.

«There is no ecological architecture, no intelligent architecture and no sustainable architecture – there is only good architecture. There are always problems we must not neglect.

For example, energy, resources, costs, social aspects – one must always pay

attention to all these.”

Edouardo Souto de Moura 89

Annexes

De façons à mieux apprécier leurs lectures, les résultats de ce mémoire sont disponibles à l’adresse suivante : https://docs.google.com/spreadsheets/d/11h WEZ5AlljCLKlCPcFkosnBZJJJJpWLKCQHk0drLGM/edit#gid=0 Résultats des simulations

Graphiques d’habitabilités selon le coût de construction pour l’orientation Ouest

Graphiques d’habitabilités selon le coût de construction pour l’orientation Nord

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Graphiques de comparaisons de l’influence des différents composants architecturaux pour l’orientation Sud classé par ordre croissant d’habitabilité

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Graphiques de comparaisons de l’influence des différents composants architecturaux pour l’orientation Ouest classé par ordre croissant d’habitabilité

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Graphiques de comparaisons de l’influence des différents composants architecturaux pour l’orientation Nord classé par ordre croissant d’habitabilité

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Tableaux de rĂŠsultats phase I et II

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Projets de logements collectifs intĂŠgrant des espaces-serres

98 logements sociaux Paris Batignolles - Bartolo Villemard Š Cyrille Lallement

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ILot A – ZAC Lyon Confluence - Tania Concko – 2011 © JF Tremerge

48 immeubles locatifs les îles - Bonnard Woeffray - Bourgeoisie St Maurice 2007 © H.Henz

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Social Housing - Comte et Vollenweider Architectes – Nice 2014 © Milèle Servelle

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Résidences Plein Soleil - Rh+ architectes - Paris © Luc Boegly

Terres Nueves - Tania Concko - Bègles 2015 © JF Tremerge

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MĂŠthodologie des simulations pour Pleiades+COMFIE

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Coûts hors taxes Prix moyen d’une rénovation de maison ou d’un appartement : 700€ €/m² (entre 370 €/m² rénovation légère et 1000 €/m² rénovation complète avec matériaux et équipements hauts de gamme) Gros œuvre : fondations, murs béton, poteaux et poutres, planchers béton : 12 000 € soit 430 €/m² Gros œuvre en restructuration : fondations, murs béton, poteaux et poutres béton, planchers béton 16 000 € soit 570 €/m² Terrasse et sols extérieurs composites - carrelage : 30 à 50 €/m² Prix simple vitrage : 150 à 250 €/m² Prix double vitrage : 300 €/m² à 400 €/m² pour un double vitrage faiblement émissif Prix baie vitrée : 220€/m² (210x240 double vitrage aluminium) Prix polycarbonate alvéolaire : 8mm:18€/m² ; 16mm : 24-40€/m² Prix Polycarbonate plein ondulé: 35€/m² + montant 40 €/m² total 75€/m² Prix moyen rideau isolant : 80 €/m² Prix moyen protection solaire : 128 €/m² Prix moyen garde-corps : 200 €/m Prix moyen allège béton : 50 €/m (on soustrait le prix du garde-corps et de la surface de vitrage) Prix de la construction de logement social standard en France en 2012 : 1500€ /m² http://www.logement.gouv.fr/cout-de-la-construction http://www.travaux.com/

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Schémas

Schéma de la proportion de rayonnement direct transmise dans le séjour avec un espaceserre de profondeur 280 cm d’exposition sud

Schéma de la proportion de rayonnement direct transmise dans le séjour avec un espaceserre de profondeur 360 cm d’exposition sud

Schéma de la proportion de rayonnement direct transmise dans le séjour avec un espaceserre de profondeur 200cm d’exposition sud

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SchÊmas du fonctionnement d’un espace serre avec mur capteur, absorbant acoustique, protection solaire et rideau thermique

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Glossaire

Effet de serre : effet qui explique le bilan thermique d’un espace-serre, sa capacité à emprisonner et stocker la chaleur (et non à refléter le rayonnement dans un espace clos comme l’expression « gaz à effet de serre » pourraient le laisser entendre) Espace-serre : tout espace fortement vitrée, non chauffé artificiellement et prolongeant l’espace habitable d’un logement.

Composants architecturaux : il peut en exister une infinité, nous en avons retenu six, le vitrage, la matérialité, l’inclinaison, la protection solaire, l’allège le rideau thermique.

Configuration d’espace-serres : association d’un espace-serre et de différents composants architecturaux.

Indice confort-coût ou ICC : prix au mètre carré d’un espace-serre dont l’habitabilité a été ramenée à 100%. Il permet de comparer deux espaces serres entre eux, ou encore un espace serre et un logement.

Productivité solaire : rendement énergétique Flux énergétique en Watt (1W = 1 Joule/seconde et 1 Wh = 3600J) Emittance : ou densité du flux thermique : W/m2 Quantité d’énergie qu’une source émet par mètre carré Transfert thermique ou Chaleur : conduction (solide-solide) convection (solide-fluide) et rayonnement (onde électromagnétique) Conductance et Résistance thermique : Dépendent de la conductivité et de la surface de l’élément considéré. R(laine de roche 10cm lambda 0.03W/mK) = 2.5m²K/W

Conductivité thermique : «Quantité de chaleur (énergie) transférée par unité de surface et de temps en W/m/K » https://fr.wikipedia.org/wiki/Conductivit%C3%A9_thermique Capacité thermique volumique ou chaleur volumique : capacité à emmagasiner de la chaleur par rapport à un volume J/m3/Kelvin Air : 1004 Béton : 2500 (diviser par 3600 pour avoir des Wh/m3/K) Capacité thermique massique ou chaleur massique capacité à emmagasiner de la chaleur par rapport à une masse J/Kg/Kelvin Air : 1,256 Béton : 880 (diviser par 3600 pour avoir des Wh/m3/K)

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Equilibre thermique : la température d’équilibre thermique est atteinte lorsqu’un corps ayant une température plus élevé transfère de l’énergie à un corps ayant une température plus basse. Ce transfert s’effectue jusqu’à ce que les deux corps soient à la même température.

Facteur Solaire : Rapport entre l’énergie due au rayonnement solaire transmise et l’énergie reçue par la paroi.

Inertie thermique résistance au changement de sa température lorsque intervient une perturbation Diffusivité thermique : Capacité d'un matériau continu à transmettre un signal de température d'un point à un autre de ce matériau Effusivité thermique : Capacité à échanger de l’énergie thermique avec son environnement

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Bibliographie

Articles Les cahiers techniques du bâtiment N°153 Mai1994 p22-32 Architecture d’aujourd’hui n°209 Juin 1980 p12-14 Techni’Baie Le magazine de la fermeture et de la protection solaire n°13 Mai 2006 p30-36 Systèmes solaires n°112 – Energie –Environnement – Développement – Mars Avril 1996 Livres

DIAZ PEDREGAL Pierre, Règles de conceptions des espaces-serres destinés à l’habitat 1991 HESHONG Lisa, Architecture et volupté thermique Editions Parenthèses 1981 LIEBARD Alain et DE HERDE Traité d’architecture et d’urbanisme bioclimatiques Edition Le Moniteur 2005 CELAIRE Robert Une serre solaire pour chauffer votre maison et pour jardiner toute l'année Eyrolles 1982 (traduit et adapté de YANDA Bill & FISHER Rick) NEUMANN Louis, Art de construire et de gouverner les serres, Audot 1844 ALEXANDROFF Georges et LIEBARD ALAIN, L’habitat solaire comment ?, L’Equerre 1979 S.J Van VELZEN Green House residence, feasibility of green house residence concept for Renovation, University of technology Eindhoven, 2010 DRUOT Frédéric LACATON Anne VASSAL JP, +Plus, les grands ensembles de logements, territoires d'exceptions, Ministère de la culture et de la communication 2004 TANIZAKI Junichirô Eloge de l’Ombre, Edition Verdier 2011 (traduit par René Sieffert) DARMON Olivier, Archi pas chère, Serre et habitat, paru en 2006 Editions Ouest-France LACATON & VASSAL, El Croquis, Fernando Marquez Cecilia, Richard Levene, 2015 ELEB VIDAL Monique Penser L'habité, le logement en question, Edition Pierre Mardaga 1988 JOLY Daniel Les types de climats en France, une construction spatiale, Edition Cybergeo European Journal of Geography, 2010.

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ROUX Jean-Louis, Conception et pratiques de l’habitat dans la ville méditerranéen, 1989 LEBENS Ralph, Passive solar architecture in Europe: the results of the "First european passive solar competition, RM Lebens1980 OLIVIA JP et COURGEY S, La conception bioclimatique des maisons économes et confortables en neuf et en réhabilitation, Broché, 2006 VLEESCHOUVER Olivier, Serre et Jardin d'hiver, Flammarion 2000 LAGIER Hubert Les vérandas, Conception, Construction, Entretien, Maintenance CSTB2009 COLLECTIF Construire et habiter basse consommation Editions PC 2011 Documents en ligne

ANAH agence nationale de l’habitat Les copropriétés des années 50 à 80 un parc à enjeux Les essentiels PERROT Olivier, Cours sur le rayonnement, Département Génie Thermique et énergie I.U.T. de Saint-Omer Dunkerque 2010 DREAL Etude énergétique de la région Languedoc Roussillon Juillet 2011 WALL Maria et BULOW-HUBE Helena, Solar Protection in Buildings, Lund Institute of Technology 2002 Mémoires et thèses

NACMIAS Simon, La Serre dans l'architecture, une réponse aux différents enjeux d'aujourd'hui ? Mémoire de master Ensam 2011 DROUOT Arielle, Habiter l'épaisseur, créer une transition délicate entre le logement et le milieu extérieur Mémoire de master Ensam 2012 RAMOS Benoit, Lier confort thermiques et acoustiques dans les logements collectifs en climat méditerranéen, Mémoire de master Ensam 2016 BADECHE Mounira Impact de Loggia Vitrée sur le confort thermique dans la région de Constantine 2008 CHAREILLE R.: Impact of a veranda on the reduction of the energy consumption in residential buildings: An application of the clim2000 software

109

FONDA Michel, Le mur capteur, réponse architecturale passive à la nécessité d’une réhabilitation énergétique, Mémoire de Master Ensam 2014 FERRAND Simon, Architecture passive et sobriété énergétique, quel rôle pour l’occupant ?

Mémoire de Master Ensam 2013 GHJUVAN Antoine, thèse, Rafraîchissement par la ventilation naturelle traversante des bâtiments en climat méditerranéen, Université Pascal Paoli, 2014 G.C. BAKOS, Improved energy management method for auxiliary electrical energy saving in a passive-solar heated residence. University of Thrace, 2001 Sites Internet http://www.ademe.fr/ http://www.caue-observatoire.fr/ https://www.e-rt2012.fr/explications/ http://www.infoclimat.fr/ https://fr.windfinder.com/ http://www.energieplus-lesite.be/index.php?id=9921 http://www.lapresse.ca/le-soleil/maison/horticulture/201201/06/01-4483583-lhistoire-desserres-des-romains-a-aujourdhui.php http://www.larousse.fr/dictionnaires/francais-monolingue http://www.jardiserre.net/pages/quel-genre-de-serre.html http://www.reporterre.net/Et-si-l-on-habitait-dans-une-serre http://veranda.comprendrechoisir.com/infos/serre-bioclimatique https://www.servicepublic.fr/particuliers/vosdroits/F32563 https://www.pratique.fr/poser-rideau-reflechissant-isolant.html http://www.verandarideau.com/verandas/architekt/ http://izuba-energies.com/

Ecole nationale supérieure d'architecture de Montpellier 179 rue de l'Espérou 34093 Montpellier cedex 5 tel +33(0)4 67 91 89 89 fax +33(0)4 67 41 35 07

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