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Une façade intelligente grâce à des brise-soleil automatisés

Frédérique Vergne |  le 22/12/2009  |  EnergieArchitectureTechniqueEnergies renouvelablesEquipement

Un architecte Jean-Louis Caumont a conçu un composant de façade dynamique solaire qui permet de réduire, voire même de supprimer les besoins de chauffage tout en assurant le confort d'été.

Une façade "intelligente", capable grâce à ses équipements dynamiques de s'adapter aux besoins de confort des occupants et d'anticiper les besoins énergétiques du bâtiment est sans doute un des défis à relever pour réaliser de l'habitat bioclimatique. Des solutions innovantes commencent à se développer. Jean-Louis Caumont, architecte dans les Hautes- Pyrénées s'est engagé très tôt dans cette voie, peut être trop tôt, puisqu'il travaille à son concept de « façade intelligente » depuis plus de 20 ans. « A l'époque, ce type de produits ne faisait pas recette, on n'était encore très loin des préoccupations environnementales ; vous imaginez les résultats d'une étude de marché faite en 1979 ?», précise ce précurseur. Aujourd'hui, les choses ont bien changé et le système a été mis en œuvre sur des maisons individuelles et des logements sociaux.

Double peau

Baptisé COFaDYS, le système est composée d'une double peau ; à l'extérieur une menuiserie vitrée simple vitrage, ou un mur rideau simple vitrage, et à l'intérieur, placé à 42 cm, le composant de façade dynamique solaire, qui se présente sous la forme d'un brise soleil à lames isolantes thermiques de 9 cm d'épaisseur, équipées d'un traitement particulier et différent sur chacune des faces. Le système s'oriente automatiquement selon l'angle du soleil. Fermé, il forme une paroi opaque, véritable manteau isolant thermique protecteur, identique à un mur très bien isolé RT 2005 et atteint un coefficient de transmission thermique U de 0,35 W/m2.K. Ouvert, le procédé constitue une surface vitrée transparente à la lumière et au rayonnement solaire et affiche suivant certains effets d'albédo, un facteur solaire SW de 0,8, traduisant sa capacité à transmettre la chaleur solaire à l'intérieur de l'habitation.

Changement de comportement en quelques secondes

COFaDYS écrête les excès thermiques du climat en se les appropriant positivement.
Le concept de gestion thermique du bâtiment est toujours basé sur les mêmes notions, que l'on soit en hiver ou en été : un contrôle et une gestion du rayonnement solaire reçu ; c'est la gestion de l'outil COFaDYS et un écrêtement positif, passif ou (et) actif des surchauffes d'hiver et d'été ; c'est la gestion de l'air et des masses thermiques, sous la permissivité thermodynamique de l'outil COFaDYS.
Ce changement de comportement du système se fait en quelques secondes par gestion informatique GTB, avec un coût énergétique quasi nul.
Entre ces deux stades, il va traiter les situations transitoires notamment les gènes habituelles induites par le rayonnement solaire direct ou la surchauffe momentanée induite ; mais sans jamais en perdre le bénéfice thermique.
Installé en façade sud, il constitue aussi un mur Trombe d'hiver ou d'été. Technique rustique d'architecture bioclimatique, l'effet Trombe, sectorisé, trouve une place pertinente à certains moments de la période journalière et tout au long de l'année, surtout en demi-saison et en été. L'énergie solaire est transmise à travers la paroi vitrée et la chaleur est rediffusée à l'intérieur ou expurgée en extérieur.

Une orientation automatisée en fonction de la position du soleil

Les brise-soleil orientables permettent au bâtiment de réagir face aux différentes positions du soleil ; ils vont optimiser les flux de chaleur et l'apport en lumière au travers de la façade.
COFaDYS créé un effet miroir vers le plafond et les murs, qui peuvent recevoir le rayonnement et emmagasiner les calories sans gêner l'usager. Ici, toutes les masses thermiques sont sollicitées alors qu'en règle générale il n'y a que le sol qui reçoit le rayonnement. Ces masses stockent et restituent lentement l'énergie. Cette diffusion homogène va produire une sensation de cocon.
Le seuil de température de confort est ainsi abaissé par l'effet cocon, la qualité de l'air n'en est que plus évidente, et l'économie énergétique est déjà améliorée sur ce seul critère.
« Le constat est évident, aucun mode de chauffage ou de climatisation n'est nécessaire. Mais au delà des gains énergétiques, c'est le coté ludique d'appropriation de la lumière naturelle, l'esthétique dans le comportement dynamique, et surtout la sensation d'une adéquation sensorielle, au quotidien, avec le climat qui enrichit l'espace », explique Jean Louis Caumont.

Diminution, voire suppression des besoins de chauffage

En été, le brise soleil, qui évacue les rayonnements solaires, conjugué à l'effet du mur Trombe, crée une sur-ventilation à l'intérieur de la pièce et ainsi supprime les besoins de climatisation.
Si le cœur du système repose sur son automatisme avec une programmation des angles d'incidence selon ceux du soleil, il est possible à l'utilisateur de reprendre la main grâce à une télécommande. L'usager va agir sur l'automatisme et donc générer des interférences négatives. Une feuille de route prévisionnelle suivant les espaces et les taux d'interférences va initier des ajustements conceptuels au système (passage à du vitrage isolant par exemple).
Avec cet élément de façade dynamique breveté et en cours de validation CSTB, il est possible de maximiser le confort intérieur et de réduire les besoins du bâtiment. En liant la gestion du COFaDYS à une gestion double flux de l'air et à un traitement des masses thermiques en déphasage actif, on supprime tous besoins en chauffage et en climatisation.

De nombreux développements envisageables

Une idée ingénieuse pour un système qui demande encore à être développé, tant les applications sont nombreuses. Développements en fonction du programme et des implantations géographiques et des types de bâtiments : écoles, bureaux, piscines, logements, espaces publics, IGH, hôpitaux. Pour le milieu médical ou paramédical, Jean-Louis Caumont étudie actuellement une version tendant à réduire la causalité des maladies nosocomiales par le contact complet du spectre du rayonnement solaire ; contact inhibiteur sur tous les matériels et matériaux constituant l'espace. Le système peut également être installé sous tous types de climats, tempéré, méditerranéen ou tropical, en plaine ou en altitude : « Imaginons un espace ludique tropical en station de ski. Passer d'un espace a - 10 °c à un confort tropical de + 30 °c avec des coûts de gestion énergétiques très réduits. Le procédé offre ici un facteur solaire supérieur à 1 vu l'albédo procuré par la neige. Il est utilisé tour à tour en captage d'énergie et en déshumidificateur condenseur de l'air ambiant sur les façades ou le soleil ne frappe plus.

En attente d'une fabrication en masse

L'empreinte carbone du COFaDYS est très significative : selon Jean-Louis Caumont, « une maison de 100 m2 équipée avec 27 m2 du composant génère, au regard de la RT 2005, un bilan d'émission carbone négatif à hauteur 85 tonnes de CO2, soit sensiblement un gain potentiel de trois Unités Carbone par m2 de COFaDYS installé.
Jean-Louis Caumont recherche des industriels de la façade et de la menuiserie pour adapter le COFaDYS à leur gamme ainsi que des partenaires financiers, pour développer et commercialiser à plus grande échelle.

Une façade intelligente grâce à des brise-soleil automatisés
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Principe
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albédo

L'albédo est le rapport de l'énergie solaire réfléchie par une surface à l'énergie solaire incidente. Sa valeur est comprise entre 0 et 1, avec 0 correspondant au noir, pour un corps sans aucune réflexion, et 1 au miroir parfait, pour un corps diffusant dans toutes les directions et n'absorbant rien du rayonnement électromagnétique qu'il reçoit. Par exemple, l'albédo de la neige fraîche est de 0,87, ce qui signifie que 87 % de l'énergie solaire est réfléchie par ce type de neige.

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