Le design passif en architecture bioclimatique est une approche qui vise à concevoir des bâtiments en utilisant les ressources naturelles disponibles, comme le soleil, le vent et l’eau, pour optimiser le confort thermique, l’éclairage et la ventilation tout en minimisant l’utilisation d’énergie externe. En intégrant ces principes dans un projet permaculturel, on crée des habitats qui fonctionnent en harmonie avec leur environnement, réduisant ainsi l’empreinte écologique et augmentant la résilience et l’autonomie énergétique. Explorons en détail ce qu’est le design passif, comment il fonctionne et comment l’appliquer dans un contexte de permaculture.

Principes fondamentaux du design passif en architecture bioclimatique

Le design passif repose sur plusieurs principes fondamentaux qui permettent d’optimiser l’efficacité énergétique d’un bâtiment en utilisant intelligemment les conditions climatiques locales. L’objectif est de minimiser les besoins en chauffage, en climatisation et en éclairage artificiel, en exploitant les ressources naturelles.

Orientation du bâtiment

Principe :
L’orientation du bâtiment est essentielle pour maximiser l’apport solaire en hiver et minimiser la surchauffe en été. Dans l’hémisphère nord, l’idéal est de positionner la façade principale vers le sud, tandis que dans l’hémisphère sud, elle doit être orientée vers le nord.

Fonctionnement :

1. Apport solaire passif : En hiver, le soleil est bas dans le ciel. Orienter les fenêtres principales vers le sud permet de capter un maximum de chaleur solaire, réduisant ainsi les besoins en chauffage.
2. Protection contre la surchauffe estivale : En été, le soleil est plus haut. Des dispositifs comme des débords de toit, des pergolas ou des brise-soleil bloquent les rayons directs du soleil, empêchant la surchauffe intérieure.
3. Optimisation de l’éclairage naturel : Une bonne orientation permet également de maximiser l’éclairage naturel, réduisant le besoin en éclairage artificiel pendant la journée.

Exemple d’application en permaculture :

• Construire une maison avec de grandes baies vitrées au sud, protégées par un auvent de 1 m de large. Cela permet de capter la chaleur solaire en hiver, tout en évitant les rayons directs en été. Les arbres à feuilles caduques plantés devant la façade apportent de l’ombre en été et laissent passer le soleil en hiver.

Isolation thermique et inertie thermique

Principe :
L’isolation thermique réduit les pertes de chaleur en hiver et l’apport de chaleur en été, tandis que l’inertie thermique stabilise la température intérieure en stockant et en restituant progressivement la chaleur.

Fonctionnement :

1. Isolation thermique :
   • Les murs, les toits et les sols bien isolés empêchent les échanges thermiques entre l’intérieur et l’extérieur. Cela réduit les besoins en chauffage en hiver et en climatisation en été.
   • Utiliser des matériaux naturels comme la paille, la laine de bois ou la ouate de cellulose permet d’obtenir une isolation performante tout en étant respectueux de l’environnement.
2. Inertie thermique :
   • Les matériaux à forte inertie thermique, comme la terre crue (pisé, adobe) ou la pierre, absorbent la chaleur pendant la journée et la restituent lentement la nuit. Cela aide à maintenir une température intérieure stable.
   • Dans les climats chauds, une forte inertie thermique empêche la surchauffe en absorbant l’excès de chaleur diurne et en la restituant la nuit, lorsque les températures sont plus fraîches.

Exemple d’application en permaculture :

• Construire une maison avec des murs en pisé de 50 cm d’épaisseur et un toit végétalisé isolé avec de la laine de bois. Les murs offrent une grande inertie thermique, absorbant la chaleur solaire en journée et la restituant la nuit, tandis que le toit végétalisé limite les pertes de chaleur en hiver et maintient la fraîcheur en été.

Gestion des apports solaires passifs

Principe :
Le design passif utilise les apports solaires pour chauffer le bâtiment en hiver, tout en évitant la surchauffe en été. Cela inclut la gestion des ouvertures, des vitrages et des protections solaires.

Fonctionnement :

1. Vitrages performants :
   • Utiliser des fenêtres à double vitrage ou à triple vitrage permet de maximiser les gains solaires tout en minimisant les pertes de chaleur.
   • Les vitrages à faible émissivité (Low-E) permettent de capter la chaleur solaire tout en réduisant la transmission de chaleur vers l’extérieur.
2. Protections solaires adaptatives :
   • Les brise-soleil orientables, les stores extérieurs ou les volets peuvent être ajustés pour contrôler l’apport solaire. Ils sont ouverts en hiver pour capter la chaleur et fermés en été pour éviter la surchauffe.
   • Les plantes grimpantes à feuilles caduques (comme la vigne ou le kiwi) sur des pergolas apportent de l’ombre en été et laissent passer le soleil en hiver.
3. Serres solaires :
   • Les serres adossées au bâtiment captent la chaleur solaire en hiver et la restituent à l’intérieur, augmentant ainsi la température intérieure sans consommation d’énergie.
   • En été, les serres peuvent être ventilées ou ombragées pour éviter l’accumulation de chaleur excessive.

Exemple d’application en permaculture :

• Intégrer une serre solaire adossée à la façade sud de la maison, avec des vitrages à faible émissivité et des volets extérieurs. En hiver, la serre capte la chaleur solaire, qui est diffusée dans la maison via un mur en terre crue. En été, les volets extérieurs et la ventilation évitent la surchauffe.

Ventilation naturelle et refroidissement passif

Principe :
La ventilation naturelle utilise les différences de pression d’air et de température pour ventiler et rafraîchir le bâtiment, sans recours à la climatisation. Le refroidissement passif vise à réduire la température intérieure en utilisant des techniques naturelles.

Fonctionnement :

1. Ventilation traversante :
   • Ouvre les fenêtres et les portes sur des façades opposées pour créer une circulation d’air naturelle à travers le bâtiment. Cela rafraîchit l’intérieur et améliore la qualité de l’air.
   • Utilise des fenêtres de tailles différentes pour créer des variations de pression et augmenter le flux d’air.
2. Tour à vent (puits canadien/provençal) :
   • Une tour à vent capture l’air extérieur et le dirige vers l’intérieur du bâtiment. L’air est rafraîchi en passant par un puits canadien ou provençal, un conduit enterré qui refroidit l’air en été et le préchauffe en hiver.
   • Cela permet de réduire les besoins en climatisation et en chauffage tout en renouvelant l’air intérieur.
3. Refroidissement par évaporation :
   • Utilise l’évaporation de l’eau pour refroidir l’air intérieur. Par exemple, installer une fontaine ou un bassin à proximité des fenêtres permet à l’air chaud de se rafraîchir avant d’entrer dans le bâtiment.
   • Les toitures végétalisées et les murs végétalisés améliorent également le microclimat autour du bâtiment et réduisent la température.

Exemple d’application en permaculture :

• Construire une maison avec une tour à vent connectée à un puits canadien. L’air frais capté est distribué dans la maison par des conduits. Des fenêtres à l’étage opposé sont ouvertes pour créer une ventilation traversante. En été, l’air est rafraîchi par un bassin d’eau à proximité des ouvertures.

Efficacité énergétique globale

Principe :
L’efficacité énergétique globale implique de minimiser les besoins en énergie du bâtiment, en optimisant à la fois le chauffage, la climatisation, l’éclairage et l’eau chaude sanitaire.

Fonctionnement :

1. Isolation performante :
   • Utilise des matériaux isolants naturels (paille, chanvre, laine de bois) pour réduire les pertes de chaleur. L’isolation doit être continue pour éviter les ponts thermiques.
2. Systèmes de chauffage passifs :
   • Utilise des dispositifs comme les capteurs solaires thermiques pour l’eau chaude ou un poêle de masse pour chauffer la maison en hiver avec peu de bois.
   • Les planchers solaires directs (murs Trombe) captent la chaleur solaire et la restituent lentement à l’intérieur.
3. Eclairage naturel optimisé :
   • Des puits de lumière, des fenêtres bien placées et des cloisons réfléchissantes maximisent l’éclairage naturel, réduisant ainsi le besoin d’éclairage artificiel.
   • Utilise des couleurs claires à l’intérieur pour augmenter la réflexion de la lumière.

Exemple d’application en permaculture :

• Une maison isolée avec de la paille, équipée d’un poêle de masse pour le chauffage et d’un mur Trombe au sud pour capter la chaleur solaire. Des fenêtres bien placées et des puits de lumière assurent un éclairage naturel optimal. Des panneaux solaires fournissent l’électricité nécessaire pour les besoins de la maison.

Application du design passif en permaculture

L’architecture bioclimatique et le design passif s’intègrent parfaitement dans une approche permaculturelle, où l’habitat est conçu comme un élément interconnecté avec son environnement. Les bâtiments ne sont pas isolés, mais font partie d’un écosystème qui comprend les jardins, les animaux et les cycles naturels de l’eau et des nutriments.

Intégration des bâtiments dans le paysage

Principe :
Le design passif en permaculture consiste à intégrer harmonieusement les bâtiments dans le paysage, en tenant compte des éléments naturels comme la topographie, la végétation et les ressources en eau.

Fonctionnement :

1. Positionnement stratégique :
   • Place le bâtiment sur un point haut pour éviter les risques d’inondation, tout en profitant des brises naturelles pour la ventilation.
   • Utilise les haies et les arbres pour créer des microclimats, protéger des vents froids ou créer de l’ombre.
2. Récolte et gestion de l’eau :
   • Conçois des toitures inclinées et des systèmes de gouttières pour capter l’eau de pluie, qui peut ensuite être stockée et utilisée pour l’irrigation des jardins.
   • Intègre des étangs, des rigoles ou des mares pour gérer les eaux de ruissellement et améliorer la biodiversité.
3. Terrasses et zones de culture :
   • Aménage des terrasses ou des buttes de culture autour du bâtiment pour améliorer la rétention d’eau et la fertilité des sols.
   • Utilise les microclimats créés par le bâtiment (zones d’ombre, murs chauffants) pour cultiver des plantes sensibles ou prolonger la saison de croissance.

Exemple d’application :

• Construire une maison semi-enterrée sur le versant sud d’une colline, avec un toit végétalisé et des bassins de rétention d’eau en contrebas. Les murs en terre crue absorbent la chaleur solaire, tandis que l’eau captée sur le toit est utilisée pour irriguer les buttes de culture autour de la maison.

Utilisation des plantes dans le design passif

Principe :
Les plantes jouent un rôle crucial dans la régulation thermique et l’amélioration de la qualité de l’air. En permaculture, elles sont utilisées de manière stratégique autour du bâtiment pour améliorer le confort thermique et la qualité de vie.

Fonctionnement :

1. Plantes d’ombrage :
   • Plante des arbres à feuilles caduques au sud de la maison pour fournir de l’ombre en été et laisser passer le soleil en hiver.
   • Utilise des treillis de plantes grimpantes sur les façades exposées au soleil pour créer de l’ombre et rafraîchir l’air ambiant.
2. Toits et murs végétalisés :
   • Les toits végétalisés isolent le bâtiment en été et en hiver, réduisant les besoins en climatisation et en chauffage. Ils augmentent également la biodiversité et réduisent les îlots de chaleur urbains.
   • Les murs végétalisés améliorent l’isolation thermique et acoustique, tout en purifiant l’air.
3. Utilisation des haies et brise-vent :
   • Plante des haies d’arbustes ou des arbres à feuilles persistantes du côté des vents dominants pour réduire les pertes de chaleur en hiver.
   • Utilise des brise-vent pour protéger les jardins et les cultures sensibles, tout en créant des microclimats favorables.

Exemple d’application :

• Planter des arbres à feuilles caduques comme des érables au sud de la maison pour fournir de l’ombre en été. Utiliser des vignes grimpantes sur une pergola pour ombrager une terrasse. Installer un mur végétalisé au nord pour améliorer l’isolation et la biodiversité.

Utilisation des ressources locales et des matériaux naturels

Principe :
Le design passif en permaculture privilégie l’utilisation de matériaux locaux et naturels, qui ont un faible impact environnemental et sont adaptés au climat et au terrain.

Fonctionnement :

1. Matériaux à inertie thermique élevée :
   • Utilise la terre crue (pisé, torchis, adobe) pour les murs, car elle possède une forte inertie thermique et une faible empreinte écologique.
   • La pierre locale peut être utilisée pour les fondations et les murs, apportant durabilité et inertie thermique.
2. Isolation écologique :
   • La paille, le chanvre, la laine de mouton ou la laine de bois sont des isolants naturels performants et respirants, parfaits pour une construction bioclimatique.
   • Utilise du bois local pour les structures et les charpentes, en veillant à ce qu’il soit certifié et issu de forêts gérées durablement.
3. Construction low-tech et auto-construction :
   • Le design passif encourage l’utilisation de techniques de construction simples et accessibles, permettant l’auto-construction et l’implication de la communauté.
   • Les matériaux récupérés (bois de récupération, tuiles anciennes) peuvent être utilisés pour réduire les coûts et l’impact environnemental.

Exemple d’application :

• Construire une maison en pisé avec des fondations en pierre locale et une isolation en paille pour les murs. Le bois local est utilisé pour la charpente, et des briques de terre crue sont fabriquées sur place pour les cloisons intérieures.

Synergie entre bâtiment et jardin permaculturel

Principe :
Le bâtiment et le jardin permaculturel doivent fonctionner en synergie, en utilisant les ressources produites par l’un pour alimenter l’autre, et vice versa.

Fonctionnement :

1. Gestion de l’eau :
   • Les eaux grises du bâtiment (douches, éviers) peuvent être filtrées et utilisées pour irriguer les zones de culture. Les eaux pluviales peuvent être stockées et utilisées pour l’irrigation.
   • Les eaux usées peuvent être traitées par des systèmes de phytoépuration (lits de roseaux, bassins filtrants) avant d’être réutilisées dans le jardin.
2. Apports en chaleur et en nutriments :
   • Un composteur installé près de la maison utilise les déchets organiques de la cuisine pour produire du compost riche, utilisé dans les jardins.
   • Les serres adossées au bâtiment profitent de la chaleur et de l’humidité internes pour améliorer la croissance des plantes.
3. Boucles énergétiques :
   • Utilise l’énergie produite par des panneaux solaires pour alimenter une pompe d’irrigation, ou pour chauffer l’eau de la maison.
   • Les murs végétalisés ou les toits verts améliorent l’isolation du bâtiment et fournissent un habitat pour la biodiversité locale.

Exemple d’application :

• Installer un système de phytoépuration pour traiter les eaux grises de la maison, qui sont ensuite utilisées pour irriguer un verger. Les déchets organiques de la cuisine sont compostés et utilisés pour fertiliser les buttes de culture. Une serre solaire est intégrée à la maison, profitant de la chaleur intérieure pour prolonger la saison de culture.

Conclusion : un design passif au service de la permaculture

Le design passif en architecture bioclimatique est une approche intégrée qui utilise les ressources naturelles pour créer des bâtiments à faible impact environnemental, confortables et en harmonie avec leur environnement. En permaculture, cette approche va au-delà du simple bâtiment pour créer un système résilient et autonome, où l’habitat, le jardin et les écosystèmes fonctionnent en synergie. En appliquant les principes du design passif et en tenant compte des spécificités locales, il est possible de créer des habitats sains, économes en énergie et respectueux de la nature, qui répondent aux besoins de leurs habitants tout en préservant les ressources pour les générations futures. 🏡🌞🌱

Pour en savoir plus :

• Comment l’orientation solaire peut être optimisée pour maximiser l’efficacité énergétique d’un habitat permaculturel ?
• Principes clés de l’architecture bioclimatique pour tirer parti des ressources naturelles
• Comment la ventilation naturelle contribue au confort thermique et à l’efficacité énergétique d’un bâtiment ?
• Matériaux et techniques les plus adaptés pour favoriser un design passif en permaculture
• Comment intégrer des éléments naturels (arbres, végétation) dans l’architecture bioclimatique pour créer des microclimats ?
• Concevoir des ouvertures (fenêtres, portes) pour maximiser la lumière naturelle et la ventilation dans un habitat
• Coûts et bénéfices à long terme du design passif et de l’architecture bioclimatique dans la construction écologique
• Comment adapter le design passif aux variations climatiques locales pour un habitat résilient ?
• Défis courants de l’architecture bioclimatique et comment les surmonter en permaculture