Agence de l'Environnement et de la Maîtrise de l'Energie
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Bâtiment

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Intégration ENR

Systèmes passifs 

 


Murs capteurs, Murs Trombe

Ces deux systèmes permettent de valoriser le rayonnement solaire en associant deux propriétés physiques :

1. Principe du mur capteur
Le rayonnement solaire est valorisé par effet de serre, en disposant un vitrage devant un mur en béton.
L'énergie solaire est transmise par conduction à travers le mur puis par rayonnement à l'air de la pièce. Cette transmission se fait avec un déphasage pouvant atteindre 11 heures si l'épaisseur de béton est de 40 cm. Ce déphasage permet de chauffer la pièce au moment où il n'y a plus de soleil.
En raison des pertes, le mur capteur ne restitue pas la nuit toute l'énergie reçue durant la journée. Afin de limiter ces pertes, il faut prévoir une isolation nocturne ou mettre en oeuvre un double vitrage.


Pour favoriser l'absorption de la chaleur, on applique une peinture sombre sur la surface extérieure du mur, marron par exemple.

2. Principe du mur Trombe.
Il s'agit d'un vitrage suivi d'une lame d'air et d'un mur en béton.
Des ouvertures hautes et basses sont réalisées dans le mur afin de créer une circulation d'air par thermosiphon entre la lame d'air et l'air du local à chauffer.


L'air chauffé dans la lame d'air pénètre par les ouvertures supérieures dans la pièce. Il se refroidit au contact de l'air du local et, une fois rafraîchi, revient par les ouvertures inférieures dans la lame d'air.
En l'absence de rayonnement solaire, le flux convectif s'inverse pouvant provoquer un refroidissement accéléré de la pièce. Pour éviter cela, il est alors nécessaire de disposer des clapets à fermeture manuelle ou automatique.

3. Comparaison

 
Le mur capteur
Le mur Trombe

Transfert thermique

Transmission de la chaleur avec un déphasage fonction de l'épaisseur du mur.

Transmission directe : environ un tiers de l'énergie totalement restituée,

Restitution du reste de l'énergie déphasée

Valorisation des apports

Valorisation des apports directs, s'il est associé à un vitrage simple (mur capteur en allège et vitrage au-dessus)

Valorisation des apports directs et des apports déphasés.

Coût

Comparable à celui d'un mur classique.

Coût plus élevé,

Pas de fabricants de systèmes : les ouvertures doivent être faites sur mesure par le menuisier sur chaque chantier.

Mise en oeuvre plus compliquée et plus chère.

Maintenance

Quasi inexistante

Gestion quotidienne des clapets

Possibilité d'ouverture et de fermeture automatique.

Suite à cette comparaison et selon l'avis de professionnels, le mur capteur apparaît comme étant le procédé ayant le meilleur rapport qualité prix. C'est essentiellement ce procédé qui est décrit par la suite.

4. L'appoint de chauffage pour le mur capteur
Bien dimensionné dans un projet d'architecture bioclimatique, en allège, le mur capteur associé à un vitrage couvre tous les besoins d'une pièce, pour une journée de chauffe si celle-ci est ensoleillée. Le vitrage valorise les apports directs, le mur capteur restitue avec un déphasage l'énergie stockée pendant la journée. Un appoint est cependant nécessaire :

Trois solutions sont envisageables :

1. Aspect environnemental

2. Géographiques et climatiques

3. Types de bâtiments

Pas de réglementation particulière : il ne s'agit pas d'un mur porteur mais d'un mur rideau,

1. Mur capteur

La surface
Pour une pièce de hauteur normale, il faut prévoir une surface de mur capteur égale à 10 % de sa surface habitable.
Ainsi, on réalise, sur un bilan annuel, environ 30 % d'économies d'énergie. Par temps ensoleillé, cette surface de mur capteur sera suffisante pour couvrir la totalité des besoins de chauffage.

L'épaisseur du mur
L'épaisseur de béton et le temps d'ensoleillement conditionnent la bonne efficacité du mur. Le mur doit fournir l'inertie et la masse suffisante pour couvrir les besoins.
Épaisseur optimale : 20 à 30 cm.
Si le mur est trop épais, de l'ordre de 40 cm, il risque de ne pas pouvoir se chauffer suffisamment durant une journée d'hiver ensoleillée où l'on peut compter sur environ 5 h d'ensoleillement efficace.
Si le mur est trop fin, les déperditions sont trop importantes et ne peuvent être couvertes par le mur.
 
Éléments de calcul : extrait des règles Th-BV de septembre 1988, (annexe 3 - § 1 : paroi à effet de serre) « influence d'un mur capteur sur les apports solaires ».
La paroi considérée est constituée d'une partie opaque intérieure, comme un mur en béton, d'un vitrage extérieur, et entre les deux d'une lame d'air non ventilée.
Le facteur de transmission s'exprime ainsi :


avec :

Application numérique :

Mur classique

Mur capteur
(mur classique muni d'un vitrage ordinaire dans une menuiserie métallique)

Coefficient de transmission de la paroi [W/m².°C]

0,85

0,75

Facteur de rayonnement solaire

0,02

0,10

(facteur d'absorption solaire du mur égal à 0,9)

2. Mur Trombe

Ouvertures
La surface totale des ouvertures supérieures et inférieures doit représenter 3 % de la surface totale du mur Trombe.
Exemple :
Soit un mur Trombe de 3 m², les ouvertures supérieures et inférieures doivent avoir une surface totale de 3 m² x 0.03 = 0.09m² = 900 cm², soit par exemple une largeur de 90 cm pour une hauteur de 10 cm.
On peut augmenter de 10% maximum la surface des ouvertures supérieures si on tient compte de la dilatation de l'air lorsqu'il circule entre le mur et le vitrage.

Eléments de calcul
Pour le mur Trombe, il existe également, dans l'annexe 3 des règles Th-BV de septembre 1988, un paragraphe qui précise l'influence de ce mur sur le calcul des besoins de chauffage.

1. Mise en oeuvre du mur capteur

Disposition.
Disposition indifféremment verticale (mur plus haut que large) ou horizontale (mure plus large que haut). La disposition horizontale permet de profiter d'une surface supplémentaire pour mettre en place des vitrages ouvrants ou non au-dessus du mur capteur (le mur est en allège).

Constitution.
Un mur capteur est constitué :

L'utilisation de blocs de parement permet de concilier :

De cette façon, le mur capteur n'est guère plus cher qu'un mur traditionnel.

Ordre des interventions.
Quelques précautions sont à prendre dans l'ordre des interventions :
1. Mise en place de l'ossature en bois ou en béton,
2. Intervention du maçon pour construire le mur,
3. Intervention du peintre, afin d'assombrir la surface extérieure du mur,
4. Réalisation de l'étanchéité, à l'aide d'un joint en silicone, dans ce qui sera la lame d'air, pour supprimer tout échange entre l'air de l'intérieur et l'air de la lame d'air. Ce joint résout aussi les éventuels problème de poussières dans la lame d'air,
5. Intervention du vitrier.

Surchauffe.
Dès la conception, il est nécessaire de penser aux possibles problèmes de surchauffe.
En été, le rayonnement solaire est moins incident sur des surfaces verticales qu'en hiver. Mais il est tout de même important, dans la mesure du possible, d'intégrer dès la conception, dans le projet architectural, des avancées à l'aide de balcons, de pergolas, qui permettent l'ensoleillement direct en hiver et le limitent en été.

Des solutions plus anecdotiques et moins esthétiques sont de protéger le vitrage à l'aide d'une bâche, d'un lait de chaux ou de canisses.

Revêtement intérieur
Tout type de revêtement intérieur (tapisserie, peinture, plâtre, fresque à la chaux...) peut être mis en oeuvre dans la mesure où il n'est pas trop isolant.

Pour placer des meubles devant le mur, il est impératif de permettre la circulation de l'air devant celui-ci, comme le montre le schéma ci-dessus.

Isolation
Pour conserver la performance du mur, il est contre-indiqué de mettre en oeuvre une isolation. Les apports sont suffisants pour ne pas avoir une impression d'inconfort.

2. Mise en oeuvre du mur Trombe.

Il est essentiel de prévoir des clapets devant les ouvertures du mur dans le but d'éviter une circulation inverse de l'air lorsque l'ensoleillement est insuffisant. Sinon cela provoquerait un refroidissement du local.

Mais cette obturation manuelle est contraignante pour l'occupant. En particulier en cas de longue absence, il est préférable de fermer les clapets.
Pour améliorer l'installation, elle peut être automatisée. Ainsi l'ouverture des clapets est commandée dès que l'ensoleillement est suffisant et inversement pour la fermeture. Mais il faut faire attention à ce que l'automatisation n'engendre pas un surcoût trop important.

3. Maintenance du mur capteur et du mur Trombe.

Mur capteur

Mur Trombe

Nettoyage régulier de son vitrage extérieur.

Nettoyage régulier du vitrage extérieur

Nettoyage régulier du vitrage intérieur : le vitrage du mur Tombe s'encrasse à cause de la circulation d'air. Il doit être facilement démontable.

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