Concevoir une protection solaire intelligente

Laisser les rayons du soleil traverser les baies et pénétrer à l’intérieur revient à faire entrer de l’énergie et de la lumière. Selon le type de bâtiment, l’usage et en fonction des saisons, il sera alors nécessaire de travailler les orientations extérieures et intérieures, ainsi que les dispositifs de protection solaires, fixes ou mobiles.

Le contrôle solaire signifie faire correspondre les apports avec la saison de chauffe, soit d’octobre à avril, et protéger le bâtiment contre le rayonnement d’avril à octobre. Brise-soleil orientable tout métal GM200 de Schenker Stores. Photo : Schenker Stores
Les protections solaires sont d’autant plus indispensables que le projet architectural contient de nombreux procédés passifs pour valoriser l’ensoleillement hivernal. Brise-soleil orientable Grinotex III de Griesser. Photo : Griesser
Arbitrage : éviter des protections trop importantes qui limitent les apports en lumière naturelle ou celles, insuffisantes, qui génèrent des surchauffes. Brise-soleil DucoSlide de Duco. Photo : Duco
Les occultations sont choisies en fonction de l’orientation des façades. À l’est et à l’ouest, les dispositifs verticaux sont à privilégier, le soleil étant plus bas. Brise-soleil à lames orientables de la gamme Recti’Ligne, Tellier Brise-Soleil. Photo : Tellier Brise-Soleil
Particulièrement adaptées aux grandes superficies, les voûtes en toiture terrasse apportent un éclairage naturel zénithal. Recouvertes d’un voile de protection en aluminium perforé, elles laissent pénétrer le rayonnement solaire, sans risque de surchauffe ni d’éblouissement. Systèmes Bluetek Adexsi. Photo : Bluetek

La notion de protection renvoie principalement à celle de confort d’été. Et en la matière, il y a quelques principes à respecter, notamment la différenciation des modes de protection en fonction des orientations. Si la façade orientée sud est la plus facile à gérer, le soleil étant très haut dans le ciel, les choses se compliquent pour celles situées à l’est ou à l’ouest. Un point essentiel à retenir : les orientations nord-est et nord-ouest, voire plein nord, doivent toutes bénéficier de protections et les systèmes installés doivent être différenciés selon l’orientation. En effet, le soleil, en période estivale, se lève au nord-est et se couche au nord-ouest. En fin d’après-midi, l’ensoleillement sur celles-ci s’ajoute aux fortes températures. Soit des sources d’inconfort et de dysfonctionnements dans les bâtiments.

La question de l’implantation des protections, telles que brise-soleil, stores, screen (toile enroulable tendue perforée), est capitale. En premier lieu, il faut savoir qu’elles seront beaucoup plus efficaces lorsque placées à l’extérieur plutôt qu’à l’intérieur. Et ce, quelle que soit l’orientation de la façade. En ce qui concerne l’aspect thermique, mieux vaut éviter que le vitrage soit frappé par le rayonnement solaire direct. À moins qu’il s’agisse d’un double vitrage qui intègre, dans la lame d’air, des dispositifs de protection solaire comme des screen, stores vénitiens, stores à lamelles. Leur intérêt est qu’ils ne demandent aucun système supplémentaire. Leur maniement peut être électrique ou manuel. En outre, il y a moins de risques de détérioration par mauvaise manipulation. C’est également l’atout fort des dispositifs électriques, qui ont néanmoins deux inconvénients : leur coût d’installation et celui de la consommation électrique générée.

Travailler les orientations Les choix techniques dépendent aussi du bâti et de sa destination. Exemple : pour des salles d’enseignement, le sud sera privilégié. Car, travailler en été dans des pièces situées à l’est ou à l’ouest obligerait à garder les volets ou stores fermés pendant la moitié de la journée. Au sud, il est possible de prévoir des dispositifs – casquettes ou brise-soleil orientables (BSO) – et de les maintenir en position ouverte, préservant ainsi la vue et la lumière sans risque de surchauffe. Idem sur les bâtiments de bureaux, sauf que dans ce cas-là, les quatre façades sont concernées. Ce qui implique des organisations internes pour favoriser les orientations nord et sud.  De fait, la question est de trouver le bon compromis pour bénéficier d’apports solaires sans surchauffe ni éblouissement, mais aussi sans nuire à l’éclairement naturel. Il faut donc bannir les protections trop importantes qui limiteraient les apports en lumière naturelle ou, au contraire, celles, insuffisantes, ce qui engendrerait des surchauffes. Tout est dans le dimensionnement des protections fixes, lié lui aussi à la géométrie du bâtiment. Sachant que ledit dimensionnement est plutôt pensé en fonction des saisons chaudes. Mais ces éléments fixes, calculés pour être efficaces en période estivale, peuvent s’avérer moins pertinents au printemps et à l’automne, et créer de l’inconfort.

Ne pas oublier la mi-saison C’est là que les dispositifs mobiles, tels que BSO ou dispositifs verticaux orientables, peuvent venir en complément. À la mi-saison, ils permettent, en effet, de moduler les apports et d’intervenir si surchauffes. Pour les orientations est et ouest, le soleil étant plus bas à l’horizon, les dispositifs verticaux sont à privilégier par rapport aux horizontaux. En outre, la mobilité des protections solaires dépendra de l’orientation. Au sud par exemple, une seule avancée de toiture (casquette) ne saurait suffire, son ombre portée n’étant pas efficace à la mi-saison. Des systèmes mobiles supplémentaires s’imposent donc. Autre dispositif très efficace et écologique, la protection végétale, principalement à feuilles caduques (pas d’ombrage en hiver), qui est plutôt utilisée dans le sud. Citons les plantes grimpantes devant la façade pour une protection verticale ; la tonnelle pour une protection horizontale. Il est possible ainsi d’obtenir des casquettes végétales que le soleil traversera plus ou moins selon la saison – il pénétrera davantage en hiver. Traiter la 5e façade L’architecture environnementale a développé une nouvelle typologie de bâtiments qui comportent très souvent une surtoiture. Atouts ? Protection de l’étanchéité et de la toiture elle-même du soleil direct, dissimulation et protection de tous les équipements techniques, support des dispositifs de production d’énergie comme les panneaux photovoltaïques ou thermiques… Avec une disposition en shed, il est aussi possible de créer une ventilation qui rafraîchit la toiture elle-même. On fait d’une pierre « trois ou quatre coups ». Le bémol pourrait être son coût (ou surcoût) mais il est largement compensé par les avantages en termes de production d’énergie. Et n’oublions pas non plus les systèmes d’ombrage de lanterneaux adaptés aux toitures terrasses, que les industriels ont développés.

Stéphane Miget

À l’intérieur, les stores peuvent ponctuellement venir en renfort lorsque l’ombre portée des casquettes ou des autres dispositifs architecturaux est moins efficace, notamment à la mi-saison. Store toile Polyscreen 473 de Bandalux. Photo : Bandalux

Occultations : de multiples solutions Indissociables d’un vitrage performant, les dispositifs d’occultation des baies regroupent une grande diversité de produits : stores (intérieurs, extérieurs), volets roulants et battants, brise-soleil de toutes sortes et matières (métal, terre cuite, béton, bois, matériaux composites), films de protection. Utilisés pour limiter les apports de chaleur ou de lumière (été) ou, dans certains cas, pour préserver la chaleur du bâtiment durant la nuit (hiver), ils ont également une fonction de préservation de l’intimité et, de plus en plus, un rôle esthétique et architectural. Ainsi, les protections et fermetures extérieures, déclinées en une large palette de couleurs, formes et matières, ou encore capables de s’intégrer à la façade, viennent personnaliser les bâtiments. À l’intérieur, les stores ont également une dimension décorative. Une offre particulièrement variée qui engendre une multiplicité d’acteurs intervenant sur ce marché : storistes, menuisiers, façadiers, métalliers… Chacun dans sa spécialité doit intégrer la problématique du contrôle solaire et bien sûr les moyens techniques pour y répondre. Ce qui peut parfois s’avérer compliqué pour la maîtrise d’œuvre, d’autant qu’il faut y inclure les automatismes.

Automatisme et GTB Le mode de commande des protections mobiles est capital. Une bonne gestion permettra à la fois de se protéger du rayonnement solaire et de laisser pénétrer la lumière. Un important travail est donc à réaliser de manière à définir très précisément des scénarios de gestion en fonction des cas (type de protection, de bâtiment…). Connectées à la GTB dans le secteur tertiaire, ou automatisées voire reliées à un système de domotique dans le résidentiel, les protections, via des capteurs intégrés ou placés dans les espaces à protéger, agiront en fonction de la course du soleil, des ombres portées, etc. Soit une gestion au plus juste des apports et du contrôle solaire.

Ces articles sont extraits de 5Façades 156, découvrez le numéro en intégralité sur la plateforme Calameo.com