Il existe plusieurs façons de maximiser le rayonnement solaire dans un habitat écologique afin de le rendre très efficace. Il est toutefois important d’éviter de potentielles surchauffes dans le bâtiment. Des ombrières ou pare-soleils simples ou multifonctionnels peuvent être conçus pour maximiser le confort des occupants.
Pourquoi une ombrière?
Le design bioclimatique est l’un des piliers fondamentaux de la conception d’une maison écologique, puisqu’il favorise naturellement une pénétration maximale du rayonnement solaire dans l’habitat par une large fenestration en façade Sud. Ceci permet de réduire la consommation énergétique du bâtiment : une stratégie incontournable à la fois sur les plans écologique et financier.
On peut se demander alors, quel intérêt y aurait-il à bloquer ce précieux rayonnement solaire par des pare-soleils appelés aussi ombrières? La raison est simple : il ne faut pas sous-estimer la chaleur que peut générer une façade largement vitrée plein Sud dans l’habitat, et ce, particulièrement en période estivale!
Il s’agit de concevoir stratégiquement et précisément, une façon de bénéficier au maximum du rayonnement solaire en hiver, c’est-à-dire au moment où il est le plus désiré dans l’habitat, tout en évitant de surchauffer le bâtiment en été, grâce à la présence d’un ombrage qui offre fraîcheur et confort à ses occupants.
Comment fonctionnent les ombrières?
Cette ombre appréciée peut être générée de différentes façons. Soit par la présence d’arbres au feuillage caduc (qui tombe en automne) à proximité de l’habitat, soit par l’installation d’ombrières, avec ou sans végétation, au-dessus des fenêtres, des baies vitrées ou des portes-fenêtres.
En effet, on peut concevoir de façon précise, dans le plan de l’habitat, un débordement de toit situé au-dessus d’une fenêtre. Il permettra de bloquer le rayonnement solaire en été – qui se trouve à un angle plus élevé dans le ciel – et permettra d’éviter les surchauffes estivales.
En hiver, puisque l’angle de rayonnement solaire est au plus bas dans le ciel, le débordement de toit ne bloquera pas celui-ci, et la fenestration du bâtiment pourra bénéficier en abondance de cette chaleur tant souhaitée à cette période de l’année.
Il est possible de varier le type d’ombrage et la profondeur de l’ombrière en fonction de la fenestration et de sa hauteur (fenêtre standard, baie vitrée, porte-fenêtre, etc.). Il s’agit simplement d’effectuer quelques calculs de base afin de créer une couverture optimale.
Luc Muyldermans, architecte et grand spécialiste des habitats bioclimatiques et solaires passifs, offre des explications et des plans avec des mesures précises, permettant de concevoir des vitrages performants et des ombrières efficaces, dans la formation qu’il donne sur ce sujet dans le Certificat en design de bâtiment écologique de Solution ERA.
L’ombrière ajourée
La création d’ombrières n’est en soi pas si complexe. Il s’agit de bâtir un cadre de bois constitué de deux planches parallèles placées perpendiculairement à la façade du bâtiment. Ces deux planches seront creusées ou rainurées sur le côté interne afin d’y glisser une série de longues planchettes disposées en parallèle dans un angle de 45 degrés.
Pourquoi 45 degrés? Cet angle est le plus facile à produire avec des outils de base et il est le plus efficace, puisque peu importe l’angle de rayonnement solaire, ce dernier ne parvient pas à se glisser entre les planchettes disposées à 45 degrés.
L’avantage de ce genre d’ombrière ajourée est double. Tout d’abord, elle permet d’éviter des accumulations de neige sur le cadre, puisque les précipitations se glissent naturellement entre les planchettes de bois, sans déneigement requis!
D’autre part, ce type de structure permet de bloquer le rayonnement solaire tout en laissant filtrer une douce luminosité indirecte par le vitrage de l’habitat, sans générer de chaleur étouffante.
Pour des raisons écologiques, l’idéal est de se procurer des matériaux à la fois imputrescibles – afin d’éviter le traitement du bois avec des revêtements chimiques ou toxiques –, solides pour éviter un entretien en continu, et le plus local possible.
Pour le Québec, Luc Muyldermans suggère l’usage du cèdre rouge de l’Ouest puisqu’il est non seulement imputrescible, mais disponible en longues planches. Le cèdre blanc de l’Est, son cousin plus local et tout aussi efficace, ne fournit, toutefois, pas de planches assez longues pour le domaine de la construction.
L’installation de l’ombrière s’effectue sur un débordement de toit duquel elle est suspendue par des câbles en acier inoxydable. Il est possible de suspendre une série d’ombrières les unes sous les autres – selon le nombre d’étages de l’habitat –, dans la mesure où l’attache métallique sous le débordent du toit est assez bien solidifiée.
L’ombrière ajourée avec végétation
Il est possible de faire passer, entre les planchettes horizontales de l’ombrière, de la vigne grimpante ou de la glycine, afin de favoriser un ombrage encore plus efficace et créer un effet visuel esthétique.
Puisque les feuilles de la vigne ne poussent qu’à partir de la mi-mai, celles-ci ne bloquent en aucun cas le rayonnement solaire en hiver, en plus d’offrir, en été, un ombrage plus important et sur une plus longue période de temps que la seule présence des planchettes de bois, par le biais d’un feuillage très abondant et fourni qui s’étend au-delà de la structure de l’ombrière.
Comme le suggère Luc, on peut même y faire pousser du raisin qui peut-être cueilli et consommé… Si on parvient à damer le pion aux oiseaux!
Pour les fenêtres se trouvant à l’étage, il est toutefois préférable de ne pas installer de végétation sur les ombrières, puisque cela compliquera son entretien en hauteur. En effet, la vigne doit être taillée annuellement, car elle devient très rapidement dense et fournie.
L’ombrage des arbres au feuillage caduc
Les arbres à feuilles caduques (qui poussent au printemps et tombent en automne) situés à proximité de l’habitat peuvent également offrir une source d’ombre fort bienvenue pendant la belle et chaude saison. Toutefois, la présence de leur tronc et de leur branchage produit tout de même une petite perte de rayonnement solaire.
Luc offre dans la formation la possibilité de calculer précisément la distance requise entre l’arbre et la fenestration de l’habitat, afin d’évaluer précisément l’ombrage qui sera obtenu.
Comme le souligne toutefois notre architecte formateur, pour que l’ombre fournie par les arbres soit efficace en plein été, cela implique qu’ils soient disposés à une distance relativement rapprochée de l’habitat. Il s’agit de faire attention à ce que leur racines ne viennent pas affecter la fondation du bâtiment.
Volets
Le système des volets, bien connu et très communément utilisé en Europe, commence à être mieux connu et davantage adopté en Amérique de Nord.
Par exemple, les volets de la compagnie québécoise Alvia, permettent, tout comme les volets européens d’être descendus la nuit, afin d’éviter le maximum de déperdition de chaleur par la fenestration, et peuvent être remontés le jour, afin de bénéficier de tout le rayonnement solaire désiré.
Toutefois, ces types de volets servent également une seconde fonction. En effet, lorsqu’ils sont partiellement ouverts, les lattes se dissocient légèrement afin de laisser filtrer des rais de lumière, ce qui permet d’ombrager et de conserver la fraîcheur dans l’habitat durant les jours d’été, tout en bénéficiant d’une douce luminosité.
Ces volets sont manœuvrés à partir d’un petit moteur qui fonctionne à partir d’un capteur intérieur, évitant ainsi de devoir se déplacer à l’extérieur pour monter ou descendre le volet.
Les ombrières multifonctionnelles
Il existe aussi la possibilité de créer des ombrières multifonctionnelles, comme l’a fait Luc Muyldermans dans quelques-uns de ses projets architecturaux très inventifs. Comme nous l’avons vu plus haut, pour éviter l’ensoleillement estival, les ombrières sont installées à partir du débordement de la toiture.
Il est possible, toutefois, d’installer également sous ces ombrières, des miroirs ou des surfaces réfléchissantes – telle une plaque d’aluminium blanche – disposés sur une inclinaison calculée de façon précise, de telle façon qu’en plein hiver, les rayons solaires soient réfléchis à l’intérieur grâce à ces surfaces.
Ainsi, un apport solaire supérieur est apporté à l’intérieur de l’habitat, tout en conservant la même surface de fenêtres. De par cette stratégie, l’ombrière sert ainsi plusieurs fonctions.
Par ailleurs, pour ajouter à la multifonctionnalité de cette structure, il est possible, comme le démontre Luc, d’installer un capteur solaire à eau sur le dessus de l’ombrière bien disposée au Sud. Le rayonnement solaire chauffe l’eau qui est renvoyée à l’habitat par des tubes.
Un système de volets peut être également installé entre le vitrage et l’ombrière, de façon à être enroulé ou déroulé au besoin, afin de conserver la chaleur dans la l’habitat durant la nuit et inversement le jour.
La stratégie multifonctionnelle pour économiser sur les coûts
L’aspect multifonctionnel des ombrières, mais également de tout élément de l’habitat, est pour Luc Muyldermans un objectif primordial à viser dans tout design de construction. Il s’agit de favoriser la créativité afin que les éléments du bâtiment puissent avoir une vocation multiple afin de maximiser leur usage, leur apport et leur coût.
Cette approche favorise plus de résilience et d’autonomie dans l’habitat, puisqu’en cas de panne ou de bris, les fonctions d’un même objet ou appareil peuvent être remplies par un autre élément dans le l’habitat.
D’autre part, plus un objet cumule de fonctions, moins celui-ci coûtera cher par fonction. Par exemple, tel que vu plus haut, une ombrière qui sert à la fois de capteur de chaleur permet de servir deux fonctions et en rentabilise ainsi l’investissement. C’est une approche stratégique!
