Ventilation : ayez l'air naturel

Réalisations
Marché de New Baris (Egypte)
Musée de la Mine à Broken Hill (Nouvelle-Galles du sud)
Bibliothèque Universitaire de Dorigny (Suisse)
Quartier Bedzed à Beddington (Royaume-Uni)
Maison de la région Alsace (France)
  Marché de New Baris (Egypte)16

1967
Architecte: Hassan Fathy (Egypte)

Architecte égyptien, Hassan Fathy s'est inspiré des maisons climatiques des Mamelouk au Caire pour ventiler et rafraîchir de manière naturelle nombre de ces projets.

Ainsi, pour le marché de New Baris, destiné à une communauté agricole située dans le désert central d'Egypte, il réussit le challenge de conserver au frais les produits destinés à la vente grâce à une technique perfectionnée de ventilation naturelle, combinée aux qualités d'isolation et d'inertie de la terre crue. Ce système lui permet d'abaisser la température de 15°, alors que les températures extérieures peuvent atteindre 50°.

Des rangées de prises d'air, orientées en direction des brises du désert, dirigent l'air de pièces en pièces à travers le complexe et le rafraîchissent. D'autres conduits refroidissent et apportent l'air dans les sous-sols, où sont stockées les denrées périssables.

  Musée de la Mine à Broken Hill17

1987-1989
Architecte: Glenn Murcutt
Nouvelle-Galles du Sud

L'architecte australien Glenn Murcutt utilise lui aussi les éléments naturels à des fins techniques, architectoniques et poétiques. Il a ainsi pour habitude de placer ses bâtiments dans leur site de manière à capter les brises dominantes, pour assurer leur rafraîchissement et ventilation.

Dans le musée de la Mine à Broken Hill, il réinterprète le piège à vent traditionnel du Moyen-Orient en s'appuyant sur les études réalisées par l'architecte égyptien Hassan Fathy. Ses modèles se situent en effet au Caire, ville située à une latitude équivalente à celle de Broken Hill, et sous un climat comparable.

Le rez-de-chaussée du bâtiment est une boîte en pisé presque fermée, alors que l'étage est totalement ouvert sous un grand parasol métallique. Un large débord protège la façade principale du soleil vertical et la toiture est basculée vers l'arrière pour laisser pénétrer le soleil d'hiver.
L'ensemble, situé dans un climat désertique, fonctionne sans air conditionné. Sur trois des façades, des murs plissés très épais (entre 50 et 80 centimètres) en terre rouge banchée jouent le rôle d'écrans thermiques, et constituent ce que Murcutt appelle Malqaf, en référence aux "pièges à vent" décris par Hassan Fathy. Ces Malqaf sont alimentés par des bouches en forme de périscope, qui dirigent les brises sur des lits de charbon et d'eau placés à leur pied. Ils tempèrent ainsi les salles d'exposition.

L'inclinaison de la toiture favorise également la création de pressions négatives à l'arrière du bâtiment, ce qui stimule le mouvement de l'air dans le dispositif. Une cour, entourée d'un mur et possédant un bassin, permet, grâce à l'évaporation de l'eau, de rafraîchir l'air qui entre par les Malqaf. Avec ce système, la température intérieure est maintenue à 23 °. Par la suite, Glenn Murcutt a découvert que les mineurs australiens utilisaient un dispositif similaire, à savoir un voile pour diriger l'air et un seau rempli d'eau, pour rafraîchir et ventiler les puits de mines.

L'architecte proposait également de placer des plantes écrasées dans les Malqaf pour diffuser les parfums du désert dans les pièces, mais ce projet n'a pas été réalisé.

Coupe sur le Musée de la Mine


  Bibliothèque Universitaire de Dorigny, Suisse18

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Source:
www.sorane.ch/ref_fleuret.htm

Projet, 1998. Réalisation, 1999-00
Maître d'ouvrage : Fondation Edouard Fleuret, faculté de Droit, Université de Lausanne, Dorigny VD
En association avec G. de Freudenreich

Le système d'ouvrants et de déflecteurs verticaux

La bibliothèque Fleuret est une extension de la bibliothèque universitaire de Dorigny. Elle consiste en deux dalles (une dalle de sol et une dalle de toiture) en porte-à-faux sur quatre murs pilotis.

Cette extension est ventilée naturellement grâce à la combinaison des forces du vent et de l'effet de tirage. Ainsi, en hiver, des ouvrants verticaux étroits, situés en façade, assurent la ventilation en créant un effet de cheminée. En été, le bâtiment tire parti des brises créées par la proximité du lac Léman. En effet, durant la journée, les terres plus chaudes provoquent des mouvements d'air allant du plan d'eau vers la terre. Durant la nuit, le mouvement s'inverse. Ce courant d'air s'effectue sur un axe nord-sud. Les volets verticaux et des déflecteurs situés en façade est et ouest induisent ainsi une ventilation traversante du bâtiment.

La ventilation naturelle diurne et nocturne se combine avec une protection solaire efficace constituée de protections mobiles et fixes (des nattes de lamelles de cuivre noyées dans le vitrage) et avec l'inertie importante donnée par les dalles, pour éviter les surchauffes du bâtiment.

Principe de la ventilation naturelle


  Quartier Bedzed à Beddington (Royaume-Uni)20

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Source:
http://www.zedfactory.com


2002
Architecte : Bill Dunster Architectes, Londres
Maître d'ouvrage : The Peabody Trust
Consultant environnemental : Bioregional development group
Bureaux étude : Ove Arup partners

Principe de récupération de chaleur sur l'air extrait

Bedzed est une vaste zone d’habitat écologique située au sud-est de Londres, à Beddington. Baptisée BedZed pour Beddington Zero Energy Development, elle accueille, sur une ancienne friche industrielle dépolluée, une centaine d’appartements et de bureaux. L’ensemble est réalisé dans l’optique d’économiser au maximum l’énergie.

Ainsi, chaque logement possède un jardin d’hiver qui emmagasine la chaleur et permet de ne recourir que très ponctuellement à un radiateur d’eau chaude.

Les appartements sont ventilés par des cheminées de couleur qui ornent les toits et participent à l’esthétique des constructions. Par leur profil, ces bouches tirent parti des pressions engendrées par le vent pour assurer le flux de l’air sans apport d’électricité. Par temps froid, l’air sortant réchauffe l’air rentrant avec un rendement de 70%.

Lorsque la vitesse du vent est de 4 m/s (vitesse moyenne à Londres) le débit moyen est ainsi de 50 à 70 litres par seconde. Lorsque les conditions de vent sont faibles, le système continue à produire une ventilation raisonnable grâce à l’effet de tirage thermique. Au contraire, lorsque le vent est très fort, le système se met en mode « by pass » pour éviter une ventilation excessive.

Grâce à ces systèmes, l’énergie nécessaire au chauffage des bâtiments correspond à 10% des besoins habituels pour des surfaces identiques


  Maison de la région Alsace (France)21

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Source:
Atelier d'Architecture Chaix et Morel et Associés


Copyright : Hervé Abbadie

2005
Architecte : Atelier d’architecture Chaix et Morel et associés
Maître d'ouvrage : Région Alsace
Bureaux étude : Ingérop

Plan du niveau R+1
Copyright : Atelier d'Architecture Chaix et Morel et Associés

Verrière de la maison Alsace
Copyright : Christian Richters

Ombrière de la maison Alsace
Copyright : Christian Richters

La maison d’Alsace combine les caractéristiques d’un bâtiment public et d’un immeuble de bureaux. Ces fonctions très différentes sont regroupées sous une superstructure métallique disposée en toiture et qui contribue à la protection solaire. Entre cette « ombrière » et le socle, le corps de bâtiment prend une forme de double peigne traversé par un axe nord-sud :une verrière longée de circulation et traversée de passerelles.

Le projet distingue différentes zones en fonction de l‘ambiance requise. Ainsi, les espaces à fort contrôle d’ambiance comme l’hémicycle, l’amphithéâtre et les locaux informatiques bénéficient d’un air conditionné par centrale de traitement. Les archives, les bureaux et la restauration, définis comme espaces à contrôle d’ambiance spécifique et modéré, sont chauffés et rafraîchis par le plafond et ventilés par une VMC double-flux avec récupération de chaleur.

Au contraire, les espaces nécessitant un faible contrôle d’ambiance (accueil, exposition, centre de documentation) sont équipés d’un système de ventilation naturelle assistée et contrôlée (VNAC). Le but est de supprimer les consommations électriques des centrales de VMC qui peuvent représenter en double-flux de 4 à 7kWh/m2.an.

Dans ces espaces, la circulation d’air est assurée par tirage naturel grâce aux trois puits à lumière de l’édifice qui constituent des cheminées naturelles de 14m de haut. L’entrée d’air neuf se fait par un puit canadien qui refroidit l’air en été et le préchauffe en hiver. Le dispositif est complété par un système de contrôle et de régulation des débits pour limiter les déperditions par temps froid ainsi que d’un système d’assistance en cas d’insuffisance de tirage thermique. Un petit ventilateur auxiliaire, qui ne fonctionne que quelques heures par an en été, assure la permanence de la ventilation.

Principe de la ventilation naturelleprincipe de fonctionnement de la VNAC :
1. entrée d’air depuis le puits canadien
2. extraction d’air par tirage thermique
3. fonctionnement « hiver » : registres de contrôle des débits d’extraction
4. fonctionnement « été » : assistance par ventilateur auxiliaire
Copyright : Atelier d'Architecture Chaix et Morel et Associés

En première phase du projet, une récupération des apports solaires en haut des puits de lumière devait compléter ce système Ainsi, par jour d’hiver ensoleillé, l’air devait se surchauffer sous la couverture vitrée en haut de la cheminée. Avant d’être extrait vers l’extérieur, il devait céder cette chaleur à l’air neuf des bureaux, à travers un système d’échangeur adapté à de faibles pertes de pressions. Cependant, un calcul plus poussé des besoins énergétiques des bureaux a fait apparaître de faibles besoins dès la mi-saison et même en hiver. En effet, les apports internes dans les bureaux (occupation, bureautique, éclairage) couvrent très rapidement les déperditions. Une récupération auxiliaire par la couverture des puits de lumière n’apportait donc que des gains supplémentaires marginaux, pour une grande complexification du système de ventilation naturelle. Pour ces raisons, cette proposition a été abandonnée.

Coupe sur le bâtiment et sa verrière
Copyright : Atelier d'Architecture Chaix et Morel et Associés