1. Introduction :
Il existe plusieurs méthodes de chauffage solaire. Chacune d’elles a des conséquences sur l’aspect
de la maison, sur la consommation de l’énergie et sur le coût de la construction.
L’utilisation de l’énergie solaire dans l’habitat peut recourir a des techniques différentes,
thermique ou photovoltaïques. Pour le seul solaire thermique on distingue le solaire passive
et le solaire actif.
Cet exposé présente les méthodes fondamentales et le principe de fonctionnement des systèmes de
chauffage solaire passifs et actifs.
I. LE SYSTEME SOLAIRE PASSIF

2. 1. Définitions :
Systèmes passifs : représentent les systèmes qui reposent sur la conception et la
construction adéquates d’un bâtiment afin d’obtenir un gain direct de chaleur solaire. Ils
n’utilisent pas d’autres sources d’énergie que les sources naturelles du soleil et du vent.
L'habitat passif : Est une notion initiée en 1990 par l'ingénieur Wolfgang Feist (en
Allemane) pour qualifier un bâtiment dont la consommation énergétique au m² est très basse
Elle est construite pour bénéficier au maximum de la chaleur du soleil en raison du caractère
judicieux de sa conception (forme, orientation, répartition des ouvertures, isolation, inertie
thermique,...), de la qualité de ses composants (murs, toiture, sol, fenêtres et portes… ), les
éléments de son milieu environnant et d'une ventilation performante pour maîtriser les apports
d‘air et le degré d’humidité.

3. 2. Objectifs du système solaire passif :
L’objectif principal de système solaire passif est d’arriver à un confort thermique hivernal
(chauffage), estival (climatisation) et un confort lumineux.
A. Chauffage solaire passif :

4. Principes de fonctionnement du chauffage solaire passif:
 Capter la chaleur:
Dans l'hémisphère nord, en hiver, le soleil se lève au sud-est et se couche au sud-ouest, Pour capter
son énergie, il convient donc de placer les ouvertures vitrées principales au sud. Le verre laisse
passer la lumière mais absorbe les infrarouges et va, en conséquence, piéger la chaleur du soleil à
l'intérieur de l’édifice. Ce phénomène est aussi appelé « effet de serre ». La lumière du soleil sera
convertie en chaleur par les surfaces opaques de l’édifice. Lorsque cette énergie sous forme
d'infrarouges va tenter de ressortir, la vitre va l'absorber et la réémettre en partie vers l'intérieur
de l’édifice. C'est ce qu'on appelle le «solaire passif » : solaire car la source d'énergie est le
soleil, passif car le système fonctionne seul sans système mécanique.
Toujours dans l'hémisphère nord, en été, le soleil se lève au nord-est et se couche au nord-ouest et est
haut sur l'horizon à midi. L'angle d'incidence de ses rayons sur les surfaces vitrées orientées vers
le sud est donc élevé. Toutefois, si les surfaces vitrées sont importantes, la quantité d‘énergie qui
traverse peut suffire à faire surchauffer la maison. C'est pourquoi il convient de protéger ces
surfaces vitrées par des volets, des avancées de toiture calculées en conséquence, ou des brises
soleils extérieurs horizontaux, dimensionnés de manière à bloquer le rayonnement solaire direct
en été mais pas en hiver. Sur les ouvertures des façades est et ouest, les protections solaires
horizontales sont d'une efficacité limitée, car les rayons solaires ont une incidence moins élevée;
seules les protections solaires verticales (volets) sont efficaces dans ce cas.

5. En résumé :
une maison passive se caractérise par :
1. des ouvertures de grande dimension au sud
2. très peu d'ouvertures au nord
3. peu d'ouvertures à l'est (soleil du matin)
4. peu d'ouvertures à l'ouest (soleil du soir)
 Transformer/Diffuser la chaleur:
Pour convertir la lumière en chaleur, on utilise des matériaux opaques, comme une dalle ou des
murs peints d'une couleur sombre. Ces éléments doivent être de teinte plutôt foncée sinon ils
réfléchiraient la lumière sans la convertir en chaleur. Le matériau doit également être très dense et
très lourd. Plus sa masse est importante, plus il pourra absorber une quantité d'énergie importante,
l'objectif étant de capter pendant la journée suffisamment d'énergie pour la rediffuser pendant toute
la nuit.

6.  Conserver la chaleur:
Une fois captée et transformée, l'énergie solaire doit être conservée à l'intérieur de la maison le plus
longtemps possible. C'est la raison pour laquelle il faut isoler conséquemment les parois.). Par
ailleurs, les pièces annexes seront idéalement placées au nord (façade fermée) et les pièces de vie
côté sud (façade ouverte). Enfin, la végétation plantée autour de l’édifice a aussi un rôle à jouer :
haie brise-vent, conifères au nord, feuillus au sud.
B. Climatisation :
La climatisation passive consiste à minimiser l'énergie thermique du Soleil par diverses techniques : il
s'agit, d'une part, d'isoler le bâtiment contre l'air chaud et l'énergie lumineuse du Soleil et, d'autre part,
d'évacuer vers l'extérieur, à l'aide d'une ventilation naturelle, l'apport de chaleur attribuable aux
appareils ménagers et aux occupants. On peut réduire l'apport thermique du rayonnement solaire
grâce à des stores ou des rideaux, fixes ou réglables, à des haies, des arbustes et des arbres plantés à
des endroits stratégiques et à des fenêtres dont le verre est spécialement traité. Tout en laissant filtrer
une quantité importante de lumière. On peut aussi améliorer l'isolation, réduire les dimensions des
fenêtres et utiliser des matériaux réfléchissants sur le toit et les murs extérieurs.

7. C. La lumière :
La conception architecturale doit exploiter le plus possible la lumière du jour. Il faut
donc tenir compte de la configuration de l'espace à éclairer, de l'emplacement, de la
forme et des dimensions des ouvertures par lesquelles passent la lumière du jour, de
l'emplacement des surfaces intérieures capables de réfléchir la lumière et de
l'emplacement des objets mobiles ou fixes, qui offrent une certaine protection contre
une lumière envahissante ou l'éblouissement.
3. Éléments de système passif:
 Formes compactes:
Afin de limiter les déperditions, il faut minimiser les
surfaces en contact avec l'extérieur, l'enveloppe du
bâtiment doit être donc la plus compacte possible.

8.  Une forte inertie thermique:
Les matériaux de forte inertie, qui fonctionnent comme des masses d'accumulation de chaleur,
servent à retenir l'énergie incidente reçue pendant la journée pour la restituer la nuit. Citons le béton
ou la pierre. Il est alors préférable de concevoir une isolation par l'extérieur plutôt que par
l'intérieur.
 L'isolation:
Une bonne isolation permet de diminuer les déperditions thermiques donc il est utile de renforcer
celle des parois opaques (notamment sur les façades Nord) et utiliser des fenêtres isolantes car
dans les bâtiments conventionnels, une bonne part de la chaleur s'échappe par les fenêtres, même
les fenêtres à double vitrage. C'est pourquoi les bâtiments qui exploitent l'énergie solaire emploient
de la fenêtre ultra isolante. Serties dans un cadre isolant, ces fenêtres sont caractérisées par un
triple vitrage scellé avec cales d’espacement isolant ; l'espace entre les panneaux est rempli d'un
gaz inerte, et le verre est traité d'un revêtement à faible émissivité. De telles fenêtres permettent de
conserver efficacement la chaleur solaire et de réduire au minimum l'emploi d'appareils de
chauffage.

9.  Des matériaux adéquats:
L'utilisation de matériaux qui respirent (non étanches), tels que bois non verni, peinture et
revêtement microporeux, chanvre, liège, etc., assurent la régulation de l'humidité du
logement et contribuent au confort.
Les matériaux des murs et des planchers aident à prévenir le chauffage excessif et à
conserver la chaleur après la tombée du jour. Ils doivent avoir une certaine masse pour
absorber l'énergie, prévenir le chauffage excessif durant les heures de grand apport solaire et
irradier l'énergie thermique petit à petit après la tombée du jour. Pour les planchers, on utilise
de préférence des pierres ou des carreaux de carrière étendus sur un sol fait de mortier
d'arasement ; on utilise pour les murs une paroi continue de briques ou une double paroi de
placoplâtre.
 Des zones tampons:
Des zones tampons aménagées sous forme d'espaces peu ou non chauffés (garage, cellier) du côté
Nord se comportent comme une isolation thermique et diminuent les pertes de chaleur.

10.  Les vérandas:
Pour qu’elle chauffe la maison le plus efficacement possible en hiver les composants d’une véranda
devront être les suivants :
 Les surfaces vitrée :
Elles servent a piéger les rayonnements solaires
 Ouvertures entre la maison et la véranda :
Elles servent à chauffer immédiatement la maison.
 Les murs entre la maison et la véranda :
Ils vont accumuler la chaleur solaire pendant la journée et la restituer le soir à l’intérieure de la
maison.
 Les ouvertures entre la véranda et l’extérieure :
Ils permettre de rafraîchir efficacement la véranda et d’accumuler de la fraîcheur pour la
maison

11. En hiver les rayons solaires entrent dans la véranda
et pénètrent également dans la maison.
En été pour éviter les surchauffes, il convient de
fermer les portes et fenêtres de la maison et
d’ouvrir les ouvertures de la maisons

12.  Orientation:
Une maison solaire doit largement s'ouvrir au Sud et privilégier les surfaces vitrées dans le secteur
Sud Est Sud Ouest et en les réduisant au Nord pour réduire les déperdition
 Favoriser la circulation de l'air:
Pour un meilleur confort à l'intérieur du logement, il faut favoriser la circulation de l'air par
convection.

13. Un avant toit
Un avant toit ou des
protections solaires fixes ou
mobiles (encore appelées
"casquette") bien
dimensionnées évitent la
surchauffe estivale mais laisse
pénétrer le soleil hivernal.

14. Des Plantes
Les arbres sont des climatiseurs naturels : ils génèrent de l'ombre, humidifient l'air par
évaporation, baissent sa température et le purifie.
Les plantes disposées aux endroits appropriés de la maison contribuent à régler le degré
d'humidité de l'air intérieur. Des arbres et des haies plantées du côté Nord protègent du vent. Des
arbres à feuilles caduques du côté Sud ne limitent la pénétration du soleil qu'en été.

15. 4. Exemple :
 Présentation du projet :
Ce projet consiste à la construction d’une maison passive (bioclimatique) à ossature bois, une
maison qui prend en compte les données locales, à savoir le climat et l'environnement dans lequel
elle va être construite.
Cette maison est une habitation privée (de Mr. Mme train Christophe) qui comporte un rez de
chaussée, un étage (comble aménagé) et un garage double.
 Étude de site :
a. Situation :
Le projet se situe en centre de la France dans une petite ville du Loir-et-Cher, à Neung-sur-Beuvron
(1134 habitants) au lieu dit <la Basiniére> dans le lotissement <les Pins > qui se composera de 6
maisons. Le projet est réalisé sur le terrain qui était, plus large que les autres (Lot n 06) et qui est
caractérisé par la richesse de son couvert végétal.

18. b. Accessibilité :
On accède au projet par une voie publique, la façade principale sera implantée à 20m de cette voie.

19. Topographie :
Le terrain est en légère pente descendante vers l’arrière (4℅)
c. Superficie :
Le projet à une surface habitable de 105,43m2, une surface hors d’œuvre nette de 109,88m2 et une
surface hors d’œuvre brute de 209,54m2.

21.  Genèse du projet (aspect bioclimatique) :
a. objectifs:
Afin d’arriver a leurs objectif de construire une maison passive à ossature bois Lors de la
conception les constructeurs, sont intéresses à: :
-Une analyse détaillée du terrain qui va permettre de décider de l'orientation de la maison
sur le terrain, de sa localisation précise, des protections naturelles dont ils vont l'entourer,
de la végétation...
-L'architecture sera adaptée aux conditions climatiques caractéristiques du lieu:
surchauffe, vents dominants, neige, pluie...
-Une bonne orientation de la maison qui peut générer d'importantes économies de
chauffage tirer partie des apports solaires en hiver, mais s'en protéger l'été,
-L’utilisation des matériaux adéquats
-Protection contre des vents dominants.

23. b. Solutions adoptées :
Afin d’arriver à leurs objectif les constructeurs ont utilise les éléments suivants :
•Orientation:
-Orientation des pièces :
Les espaces à vivre sont placés au Sud alors que les espaces produisant de la chaleur et les
locaux non chauffés sont placés au Nord et Ouest servant ainsi comme espace tampon.
Les pièces sont reparties selon leurs orientation comme suit

24. Orientation
Remarque
pièce
Séjour, salon
Sud
Le salon est la pièce à vivre par
excellence. Elle doit être claire,
panoramique, chaude en hiver
et fraîche en été.
Chambres
Est ou Sud Est
Les chambres doivent être
orientes à l’Est pour profiter du
lever du soleil mais rester
fraîches enfin de la journée
Pièces froides (garage,
cellier…)
Nord ou l’Ouest
Elle joueront le rôle de tampon
ou de sas avec les pièces
principales et permettrons de
réduire les déperditions de
chauffage
Cuisine
Ouest
La cuisine est une pièce qui à
cause de la cuisson des repas,
produit de la chaleur.

27. Orientation des fenêtres
Aménagement de la maison en privilégiant les ouvertures au Sud – (baies vitrées orientées au sud) et
en les réduisant au Nord pour réduire les déperdition.
Réalisation des fenêtres de toit

28. Un avant toit:
* débord de toiture protégeant ainsi du soleil l'été afin d’arriver a un confort d'été,
* mais laissant passer le soleil l'hiver (apport solaire l'hiver), donc économie d'énergie.

29. Isolation et matériaux:
Ils ont opté pour les matériaux naturels comme le bois, la chaux, les laines végétales et animales
pour l'isolation, les revêtements de sols naturels, végétaux ou minéraux, le chauffage est conçu
pour une énergie non fossile (pas de fioul, gaz ou charbon...).La couverture est et tuiles plates en
terre cuite ardoisée.

31. Exploitation de la lumière naturelle :
Le confort lumineux et l’économie d’électricité sont réglés grâce a la réalisation d’une mezzanine
et l’orientation des fenêtres vers le Sud.
Végétation :
Pour se protéger des vents dominants (Nord, ouest) ils ont gardé la végétation existante dans ces
cotes