Protections solaires : halte à la surchauffe !

Le confort thermique d’’été constitue aujourd’’hui un élément important de la qualité globale d’usage des bâtiments. Dans le neuf, la nouvelle réglementation thermique intègre la préoccupation de confort d’été, que les bâtiments soient climatisés ou non. À l’instar de la RT 2005, la RT 2012 définit en effet des catégories de bâtiments dans lesquels il est possible d’assurer un bon niveau de confort en été, sans avoir à recourir à un système actif de refroidissement. Ces catégories (CE1 et CE2) dépendent du type d’occupation et de la localisation (zone climatique, altitude, proximité de zones de bruit). Pour ces bâtiments, la réglementation impose que la température la plus chaude atteinte dans les locaux, au cours d’une séquence de cinq jours très chauds d’été, n’excède pas un certain seuil.Dans le cadre de réhabilitations, la prise en compte du confort d’été – même si elle est rendue plus délicate car certaines caractéristiques sont figées – permet non seulement d’améliorer les conditions de travail et de vie, mais aussi de réaliser de substantielles économies d’énergie en limitant le recours à la climatisation (dimensionnement, durée de fonctionnement) et également en réduisant les consommations directes de certains équipements comme l’éclairage.Des protections efficacesNeuf ou rénovation, la mise en place de protections solaires sur les façades exposées permet d’agir efficacement sur le confort d’été. L’objectif est d’éviter au maximum la pénétration du flux énergétique solaire au sein du bâtiment, d’une part pour éviter de chauffer l’air et d’autre part pour éviter la présence de « taches solaires » qui entraînent des surchauffes des parois et une élévation de la température radiante. De plus, ces protections solaires permettent d’obtenir le confort visuel en réduisant les risques d’éblouissement.Ces protections solaires peuvent être de plusieurs types : éléments architecturaux fixes ou mobiles (casquettes, brise-­soleil…) ou des stores intérieurs ou extérieurs pour les baies. Le choix se fait en fonction de critères comme la localisation et l’architecture du bâtiment, l’orientation des baies, le niveau du bruit extérieur ou l’inertie du bâtiment. La couleur de la protection solaire conditionne également l’énergie absorbée ; il convient donc de privilégier les couleurs claires.Un vitrage autoprotégéLa limitation des apports solaires se fait avant tout par le choix de vitrages appropriés, c’est-­à‑dire ayant une faible transmission énergétique (facteur solaire), tout en conservant si possible une bonne transmission lumineuse. À l’origine, le verre est un élément transparent qui laisse passer le rayonnement solaire (lumière et chaleur).La proportion de rayonnement réfléchi, absorbé ou transmis dépend de la couleur du vitrage, de son épaisseur et de la nature de la couche dans le cas d’un verre àcouches. En choisissant les caractéristiques du vitrage, il est possible de moduler à la fois les entrées de lumière et les apports de chaleur solaire.Il existe des vitrages à contrôle solaire qui permettent de réduire de plus de 50% le facteur solaire tout en conservant un taux de transmission lumineuse similaire. On trouve également d’autres matériaux qui présentent des caractéristiques thermo-­optiques intéressantes. C’est le cas par exemple de certains polycarbonates ayant une transmission lumineuse de 56% et un facteur solaire de 27%, mais ils sont translucides et ne permettent pas de préserver la transparence sur l’extérieur.Les brise-soleil : un élément de l’architecture« Casquettes », débords de couverture, décrochements de façade…, les protections « architecturales » peuvent être de plusieurs types. Leur principal avantage est d’ordre esthétique puisque ces brise-­soleil peuvent être l’occasion d’une valorisation architecturale du bâtiment. En revanche, leur dimensionnement est délicat : ils atténuent la transmission lumineuse globale (mais ils peuvent contribuer à homogénéiser les niveaux d’éclairement à l’intérieur des locaux) ; ils risquent aussi d’empêcher la pénétration du rayonnement direct à des périodes où elle serait souhaitée, ou au contraire de laisser pénétrer le soleil quand on ne le souhaite pas, occasionnant des « taches solaires », et générant des problèmes d’éblouissement, voire d’inconfort thermique.Selon l’orientation des façades, la solution technique et le dimensionnement seront différents. L’installation de brise-­soleil est à privilégier plus particulièrement sur les façades d’orientation sud : la hauteur du soleil sur cet azimut permet une bonne adaptation des protections fixes. Pour pallier les inconvénients cités plus haut, une solution consiste à prévoir des protections mobiles, manuelles ou motorisées. Cela permet d’adapter les protections aux conditions extérieures (ensoleillement, hauteur du soleil, vent, pluie…). En contrepartie, les coûts d’investissement sont plus élevés, de même que les coûts de maintenance et d’entretien. Néanmoins, des solutions industrielles existent, telles que les stores à lames orientables et repliables, utilisés très souvent dans les bâtiments d’enseignement.Les films : une solution pour l’existantLa pose de films spécifiques sur un vitrage, généralement sur sa face interne, permet d’augmenter les performances du vitrage seul. Ils ont pour effet d’augmenter la réflexion globale du vitrage et, par conséquent, limitent les apports énergétiques au sein des locaux. L’avantage de ce procédé est l’extrême facilité d’application puisqu’il suffit d’apposer ces films directement sur le vitrage. Le gain observé sur le facteur solaire est intéressant : la pose d’un film solaire permet en effet de réduire de plus de 50% le facteur solaire du vitrage nu.Pratiques et peu coûteux, ces procédés présentent cependant plusieurs inconvénients : ils réduisent considérablement la transmission lumineuse des baies vitrées, et risquent ainsi d’engendrer une surconsommation d’éclairage artificiel. Ils ne permettent pas une modulation du contrôle solaire selon les besoins hiver/été. Ils ne résolvent pas entièrement le contrôle de l’éblouissement, ce qui peut obliger le recours à des protections complémentaires de type stores intérieurs. Les films solaires sont donc à recommander plutôt dans des locaux climatisés, pour réduire les consommations de froid, et plutôt lorsque les besoins d’éclairage naturel sont limités (cas des locaux informatiques par exemple).Stores : plutôt à l’extérieurLes stores sont généralement constitués de toiles dont le tissage est ajouré ; on les appelle « Screen ». Ils ont pour avantage de tamiser les rayons solaires tout en maintenant une vue sur l’extérieur grâce aux perforations. Ces stores peuvent être installés soit à l’intérieur, soit à l’extérieur. Chaque préconisation présente des avantages et des inconvénients (voir tableau p.19), mais il est recommandé d’opter pour une protection extérieure. Toutes les études montrent en effet que les stores extérieurs procurent une meilleure protection, car ils bloquent le rayonnement solaire avant qu’il n’atteigne le vitrage et limitent ainsi l’effet de serre.Dans les deux cas, les stores présentent l’intérêt d’une grande modularité. Ils peuvent être manœuvrés directement par l’utilisateur. À noter que le contrôle automatique, qui permet de gérer leur fonctionnement selon l’ensoleillement, l’occupation effective des locaux, ou encore le vent, est aussi possible. De cette façon, on peut bénéficier d’apports solaires gratuits en saison de chauffage et maîtriser le niveau d’éclairage naturel, ce qui entraîne dans les deux cas des diminutions de charges. Enfin, les stores contribuent au confort visuel des occupants et permettent de résoudre efficacement les éventuels problèmes d’éblouissement.Stores intégrés au vitrageDans ces procédés, le double vitrage comprend un store mobile placé entre les deux vitres. Le store est donc totalement intégré dans le battant de la fenêtre ; il a pour effet de diminuer le facteur solaire et d’augmenter l’isolation thermique globale de la baie. Le store peut être constitué soit de lamelles orientables, soit d’un film métallique microperforé. Les performances obtenues, qui dépendent de la nature du store, peuvent atteindre des niveaux comparables à celles d’un store extérieur (FS proche de 0,10), sans les contraintes liées à l’exposition du store aux contraintes climatiques. Ces stores peuvent être manœuvrés manuellement, ou bien motorisés et pilotés par l’utilisateur ou par une GTC. À noter qu’il existe des systèmes avec cellules photovoltaïques incorporées qui assurent l’autonomie en énergie du store intégré au double vitrage.La mise en place de protections solaires efficaces est donc un bon moyen de lutte contre les inconforts rencontrés en été. Cependant, cette solution peut ne pas être autosuffisante. Il convient de l’étudieren parallèle avec d’autres moyens complémentaires : maîtrise des apports internes, ventilation nocturne,free-cooling…Frédérique MarguierLe facteur solaireLe facteur solaire d’un vitrage, équipé ou non d’une protection, est défini comme étant la proportion du flux énergétique que le vitrage et sa protection laissent passer par rapport au flux énergétique incident. Il dépend de l’angle d’incidence du flux solaire, donc de la position du soleil, de l’orientation de la baie et de la période de l’année. En été, l’orientation la plus défavorable est l’ouest, car pour cette orientation, le moment où l’énergie solaire incidente est la plus forte correspond à celui où la température extérieure est la plus élevée. L’orientation est reçoit la même quantité d’énergie, mais pendant la matinée, lorsque les températures sont plus basses. L’orientation sud, elle, reçoit moins d’énergie du fait de la hauteur du soleil en été. Enfin, l’orientation nord est celle qui est la mieux protégée contre le rayonnement solaire.