Comprendre et choisir l’orientation

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Notions d’astronomie

Alors déja il faut savoir que la Terre tourne autour du soleil à environ trente kilomètres par seconde, ce qui est énorme ! Et elle est inclinée à 23° sur son axe de rotation.

Vous savez également qu’elle tourne sur elle même, ce qui fait l’alternance jour-nuit. Et comme son axe de rotation est incliné à 23°, pendant la moitié du tour, c’est plutôt l’hémisphère nord qui est orienté vers le soleil, quand elle tourne sur elle-même, on a toujours l’hémisphère nord qui est orienté vers le soleil.

ecoconstruction
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Mais quand on se trouve de l’autre côté, c’est plutôt l’hémisphère sud qui va se retrouver au soleil : ca c’est très important.

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C’est les saisons : à cet endroit eh bien c’est l’été dans l’hémisphère sud alors que quand on est ici, c’est l’été dans l’hémisphère nord.

Orienter votre maison pour maximiser les apports gratuits

Ce qu’on veut quand on oriente notre maison c’est qu’en hiver, quand la Terre est là par rapport au soleil, on récupère un maximum de chaleur, et de lumière.

Pour se rendre compte de ce qui se passe, faisons un schéma : Représentons l’axe vertical par rapport au plan de l’orbite, une petite Terre, et ici le soleil, même si en réalité il est beaucoup plus grand et ici, l’axe de rotation donc l’angle entre l’axe de rotation et la verticale est de 23°, et ici on a l’équateur.

Nous on se trouve quelque part par là avec notre verticale à nous, apparente, ici et donc ce qu’on voit c’est qu’en hiver on a les rayons du soleil qui arrive comme ça : ils ont très incliné, proches de l’horizontale ! On a 70°, et ils arrivent du côté sud.

En été, la Terre a fait le tour du soleil et on se retrouve quelque part par là, notre verticale apparente elle est là, et donc on a les rayons du soleil qui arrivent beaucoup plus verticalement, à 20° de la verticale.

Pour récapituler l’incidence du soleil sur la maison : si on représente ça avec un sol, une maison en hiver le soleil arrive comme ça avec un angle de 20°, alors que en été il arrive avec un angle de 70°.

Pour qu’il y ait de la lumière et de la chaleur naturelle qui rentre par les fenêtre en plein hiver, il faut donc que la façade principale et notamment les grandes ouvertures, les grandes fenêtres, regardent vers le sud.

Ainsi le soleil plonge profondément à l’intérieur de la maison, cela chauffe par effet de serre, et la façade emmagasine la chaleur également pendant la journée.

Aparté scientifique “alternatif” sur le mur du U

Un phénomène inconnu des professionnels du bâtiment conventionnel est la capacité de stockage de chaleur de la façade sud.

Ce phénomène a été étudié sur le bâti ancien : il est démontré que dans une région ensoleillée, la façade sud, si elle est en matériaux lourds hygroscopiques type pierre ou terre (pisé), va jusqu’à franchir le “mur du U” !

C’est à dire que là ou les bureaux d’études thermiques vous dirait via de savants calculs que le mur est très déperditif car mal isolé (paramètres rentrés dans le logiciel), en réalité avec une approche pragmatique étayée par des mesures en situation réelle. Il en ressort que rien n’est plus faux.

Comment ? Le soleil frappe la façade avec un angle très propice à son réchauffement en hiver. Mais ce mur est lourd et conducteur donc il monte tout doucement en température, et jusqu’à cœur. Il va emmagasiner une quantité de chaleur assez énorme, sans que les degrés d’élèvent, ce qui est favorable à la captation de chaleur.

Le soir venu, contrairement à ce que les calculs donneraient, alors qu’il fait 0°C dehors, 18°C à l’intérieur, le côté intérieur du mur ne sera pas à 15°C mais il sera à 20°C. Cette différence de température est inexplicable… Sauf s’il a été chauffé dans la journée !

Le mur est devenu chauffant, sur un cycle de 24h, il apporte plus de la chaleur que ce qu’il en perd Smile.

Attention, le matin il sera descendu et n’apportera plus de chaleur (à moins d’avoir installé un système d’eau chaude solaire qui serpente dans les enduits terre mais c’est une autre histoire)

Dans un tel cas, il ne faut donc pas isoler ce mur !

Inclinaison du terrain et besoins en chauffage

Ce qui est intéressant à comprendre c’est qu’en hiver le soleil est aussi puissant qu’en été, c’est la Terre qui ne réagit pas de la même façon.

Epaisseur d’atmosphère

En hiver, simplement pour les raisons géométriques et astronomiques que nous avons déja évoqué précédemment, l’atmosphère traversée par les rayons lumineux est beaucoup plus épaisse.

L’absorption d’énergie dans l’atmosphère est donc bien plus importante : plus de deux fois et demi l’absorption qu’on a en été !

En effet, les rayons solaires sont chargés de chaleur, mais ils en laissent une partie lorsqu’ils traversent un milieu.

Atmosphère plus fraîche

A l’épaisseur d’atmosphère plus épaisse s’ajoute le fait qu’elle est plus fraîche donc elle absorbe encore plus de chaleur.

D’une manière assez générale, les échanges de chaleur sont proportionnels à la différence de température.

Pour chaque kilomètre d’atmosphère traversée elle absorbe plus de quantité d’énergie aux rayons solaires.

Cela explique que les rayons qui nous parviennent nous paraissent beaucoup moins chaud en hiver quand nous prenons un bain de soleil !

Et il le sont, ce n’est pas une impression.

Il y a un troisième paramètre qui est très important dans la sensation de chaleur et les besoins de chauffage d’une maison, et vous allez voir que ça a une importance avec le choix du terrain.

Inclinaison des rayons par rapport au sol

Jusqu’à maintenant, nous avons parlé de l’air, et sa relation avec les rayons solaires, mais que se passe-t-il au niveau du sol ?

On va essayer de comprendre ce qu’il se passe au niveau du sol et du terrain notamment quand un rayon du soleil arrive.

On va supposer un carré de rayons solaire, de 1m X 1m. Ca c’est la situation en été donc ça c’est les rayons du soleil et ça c’est la situation en hiver dans les deux cas, on a un mètre par un mètre et ici on va calculer la longueur.

Longueur projetée

La longueur qu’on peut mesurer au sol est la longueur projetée, on va l’appeler LP, longueur projetée hiver et LP été.

Et là on va s’amuser avec de la trigonométrie élémentaire, donc ici on a sinus de 70, est égal à 1, divisé par LP été si on fait la même chose ici, sinus de 20 égal à 1 sur LP hiver.

Ca donne deux virgule soixante quatorze. Ca ça veut dire que chaque rayon solaire qui arrive sur Terre, est consacré à 2,74 fois plus de surface en hiver qu’en été donc forcément, ça chauffe moins le sol.

Si ça chauffe moins le sol, le sol nous chauffe moins l’air ; si le sol nous chauffe mois l’air, on a moins chaud !

L’inclinaison du terrain pour moins dépenser en chauffage

Heureusement la technologie ne nous permet pas de modifier l’angle des rayons solaires ou celui de la Terre pour l’instant.

Par contre nous pouvons choisir astucieusement où implanter notre maison, et donc c’est très opportun de corriger un peu ce calcul en mettant sa maison sur un terrain en pente vers le sud : on va récupérer beaucoup plus de chaleur et donc avoir moins besoin de chauffage.

Pour conclure : le soleil est bas en hiver, il est haut en été, il vient toujours du sud quand on est dans l’hémisphère nord. Il est donc préférable d’orienter sa maison vers le sud, avec des fenêtres au sud et d’être dans un terrain incliné vers le sud également, et ainsi vous aurez aussi une jolie vue !

Si l’écoconstruction vous intéresse, je vous conseille de consulter le livret pdf disponible en bas de page, vous y trouverez d’autres informations très utiles, à bientôt.

Cédric

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