II. Environnement du terrain : Le soleil

 

En architecture bioclimatique le soleil est un élément essentiel. Il nous apporte chaleur et lumière, c’est une ressource naturelle, gratuite et totalement inépuisable, alors pourquoi s’en passer !! Seulement exploiter cette ressource réponds a un certain nombre de règles d’usage. Le soleil est un allié certain mais mal exploité il peut aussi être source d’inconfort, ces derniers pouvant aller du simple éblouissement a la surchauffe. Mais nous reviendrons sur cet aspect plus tard. Lors du choix du terrain il est avant tout important de déterminer la qualité de l’exposition au soleil.

II.1 Bases  du solaire passif selon Wikipedia 

« Dans l'hémisphère nord, en hiver, le soleil se lève au sud-est et se couche au sud-ouest, en restant très bas sur l'horizon (environ 30°). 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 la maison. Ce phénomène est aussi appelé "effet de serre". La lumière du soleil sera convertie en chaleur par les surfaces opaques de la maison (les murs et/ou le sol). 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 la maison. 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. »

II.2 Quelques notions de géométrie solaire

Pour mieux comprendre ce phénomène intéressons nous d’un peu plus près à la course du soleil. Dans nos régions la courbé du soleil a deux caractéristique essentielles :

L’Azimut

L'azimut solaire est l'angle mesuré dans le sens des aiguilles d'une montre entre le point cardinal Sud (dans l'hémisphère nord) ou Nord (dans l'hémisphère sud) et la projection sur le plan horizontal local de la droite reliant la terre au soleil. L'angle est mesuré dans le sens des aiguilles d'une montre dans l'hémisphère nord et dans le sens contraire dans l'hémisphère sud, en utilisant les projections sur le plan horizontal du point d'observation. Note : l'azimut solaire est négatif le matin (direction Est), nul ou égal à 180° à midi et positif l'après-midi (direction Ouest), sur tout le globe. Il diffère de l'azimut géographique, lequel est toujours mesuré dans le sens des aiguilles d'une montre à partir du Nord, indépendamment de l'hémisphère du point d'observation.

Hauteur solaire

L'hauteur solaire est l'angle entre la droite joignant le centre du disque solaire au point d'observation et le plan horizontal passant par le point d'observation. Le Zénith est le point le plus élevé de l'hémisphère céleste, se trouvant directement à la verticale de l'observateur.

Ces deux paramètres sont essentiels. Il est important de savoir qu’ils ne sont pas constant au cour de l’année. Nous avons déjà tous observé que le soleil est beaucoup plus bas en hiver qu’en été, en effet la hauteur solaire est beaucoup plus faible en hiver qu’en été.

Idem pour l’azimut. La course du soleil est beaucoup plus courte en hiver qu’en été. Dans les régions du nord de la France  :

·        En été le 21 juin au matin (équinoxe d’été) l’azimut est de -130° le matin  et de +130° ce qui fait une course de 260° pendant toute la journée.

·        En hiver le 21 decembre (equinoxe d’hiver) l’azimut est de -45° le matin et de +45° le soir ce qui fait une course de 90° dans la journée. On est bien loin de l’été.

Le shéma suivant représente les deux phénomènes :

Comment connaître ces valeurs me direz vous ? eh bien c’est très simple grâce à un diagramme solaire. Ce denier fixe pour chaque latitude la hauteur solaire et l’azimut en fonction de la période de l’année. Ces diagrammes se trouvent très facilement sur internet.

Dans cet exemple correspondant plus ou moins a la latitude de metz ( en fait 49° ) on peut retrouver les valeurs dont nous avons parlé avant. On voit bien la différence d’azimut et de hauteur entre l’hiver et l’été.

II.3 Conséquences pour le terrain

Quelles conséquences pour le terrain me direz vous ?  Eh bien tout dépends de sa taille et de sa forme. Si le terrain assez grand et que vous pouvez placer votre maison a loisir il sera facile de placer votre maison avec une orientation plein sud, sinon il est important de respecter les règle suivante :

 

• Une orientation le plus au sud possible confère à cette maison écologique des caractéristiques exceptionnelles. Une orientation sud est ou sud ouest n’est pas catastrophique mais il faudra veiller a se proteger du soleil en été le matin et le soir lorsque le soleil est encore bas.
• Une façade sud largement ouverte grâce à une large partie vitrée laisse pénétrer la lumière chargée de bien être et d'énergie gratuite.
• Un débord de toiture et un balcon technique permettent une protection contre les surchauffes durant l'été, conférant à cette maison un confort d'été.

Attention au masques !!

On appelle masque solaire tout objet naturel, construit pouvant faire obstacle au soleil. Ainsi, l'environnement tel qu'il est vu d'un point d'un site constitue un masque potentiel pour ce point dans la mesure où il fait écran à une ou plusieurs positions du soleil dans le ciel. Des arbres peuvent être un masque, mais aussi des maisons ou une colline. Il est donc très important d’observer l’environnement du terrain pour comprendre leur impact sur le soleil. Pour ce faire rien de plus simple rendez vous sur votre terrain a différents moments de la journée et a différentes saisons, et vous vous rendrez vite compte des ombres gênantes.

 

Voila pourquoi nous avons aussi fait le choix d’attendre pour construire sur notre lotissement. Dans quelques temps les autres maisons seront sortie de terre et nous saurons a quoi nous attendre.

Liens externes

Le terrain :

www.argille.fr Un site du gouvernement francais pour prévenir des risques liés a l'argile, si vous etes concernés faites y un tour cela vaut le détour.

 

I. Environnement du terrain : La terre

La pluspart des informations concernant le sols sont contenues dans l'étude des sols. Effectivement cela a un coût, mais peut t'on pour autant s'en passer ? que va t'elle nous apporter ?. Dans notre cas celle ci a été faite lors de la création du lotissement. Regardons maintenant ensemble son utilité et les conclusions que nous en avons tirés. 

I.1 Une étude des sols pourquoi faire ?

La nature du sol et du sous-sol ainsi que leur histoire passée peuvent avoir des conséquences non négligeables sur votre projet de construction. Certaines sociétés se sont spécialisées dans l'étude de sol par sondage. Il peut être nécessaire de faire un carottage afin d'envoyer au laboratoire des échantillons géologiques du sous sol du terrain et ainsi déterminé parfaitement sa composition.
La précision des résultats obtenus grâce à cette méthodologie permet d'optimiser le système de fondation et assurera la pérennité de l'ouvrage. Vous savez ainsi "où vous mettez les pieds", c'est le prix de la tranquillité.

I.2 Ce que l’étude des sols nous a appris

 -         Origine du terrain : le terrain a été pendant longtemps un champ cultivé, une maison gallo romaine se trouve cepandant en dessous d’une partie du lotissement. Nous ne sommes pas sur cette zone … dommage, il n’y aurait eu moyen de remonter des trésors antiques? !!

-         Couches trouvées dans le sol :

o       Couche 1 : elle est principalement composée de remblais sur 1 m 80 minimum. Attention cela signifie que le sol n’est pas stable et qu’il va certainement se tasser dans les années à venir. Il est donc recommandé de descendre plus bas pour les fondations.

o       Couche 2 : jusqu’a 3 m environs nous retrouvons de l’argile. Cette information est très importante car les sols argileux sont très capricieux ( nous reviendrons sur ce point plus tard ) les fondations de la maison devront donc être adaptées.

o       Couche 3 : substratum et marnes

-         Présence d’eau dans le sol : l’argile est très peu drainante et des poches d’eaux anarchiques ont été trouvées. Un drainage adapté et efficace devra être mis en place autour des maisons.

-         Fondations conseillées :

o       Semelles et/ou puits dans les argiles

o      Puits dans le substratum

-     Conseils de construction : l’étude de sol contient toute une liste de conseil de mise en œuvre qui permettront de garantir la stabilité de l’édifice. N’hésitez pas a demander leur application.

Quelques Définitions  

Drainage 

Conduit souterrain qui sert à évacuer l'eau des sols trop humides. Son objectif est de capter les eaux de ruissellement pour éviter l'accumulation d'eau contre la paroi.

Semelle

Une semelle désigne, de façon générale, tout socle, fondation peu profonde ou élément d’assise à la base d’un ouvrage. Les semelles isolées transmettent au sol les charges concentrées de piliers, colonnes ou poteaux.  Les semelles filantes ou continues reprennent les charges transmises par les murs porteurs continus, mur de refend ou d’échiffre. Sur les terrains instables ou inondables, lorsque le bon sol est trop profond pour y établir des pieux, on met en œuvre un radier, qui fait alors office de fondations.  

 Puits

Excavation en forme de puits, remplie de béton, utilisée comme fondation. 

I.3 Contrainte liées aux sols argileux.

Nature du phénomène :

Chacun sait qu’un matériau argileux voit sa consistance se modifier en fonction de sa teneur en eau : dur et cassant lorsqu’il est desséché, il devient plastique et malléable à partir d’un certain niveau d’humidité. On sait moins en revanche que ces modifications de consistance s’accompagnent de variations de volume, dont l’amplitude peut être parfois spectaculaire.

 

En climat tempéré, les argiles sont souvent proches de leur état de saturation, si bien que leur potentiel de gonflement est relativement limité. En revanche, elles sont souvent éloignées de leur limite de retrait, ce qui explique que les mouvements les plus importants sont observés en période sèche. La tranche la plus superficielle de sol, sur 1 à 2 m de profondeur, est alors soumise à l’évaporation. Il en résulte un retrait des argiles, qui se manifeste verticalement par un tassement et horizontalement par l’ouverture de fissures, classiquement observées dans les fonds de mares qui s’assèchent. L’amplitude de ce tassement est d’autant plus importante que la couche de sol argileux concernée est épaisse et qu’elle est riche en minéraux gonflants. Par ailleurs, la présence de drains et surtout d’arbres (dont les racines pompent l’eau du sol jusqu’à 3 voire 5 m de profondeur) accentue l’ampleur du phénomène en augmentant l’épaisseur de sol asséché.

 

 

 

Ces mouvements sont liés à la structure interne des minéraux argileux qui constituent la plupart des éléments fins des sols (la fraction argileuse étant, par convention, constituée des éléments dont la taille est inférieure à 2 µm). Ces minéraux argileux (phyllosilicates) présentent en effet une structure en feuillets, à la surface desquels les molécules d’eau peuvent s’adsorber, sous l’effet de différents phénomènes physico-chimiques, provoquant ainsi un gonflement, plus ou moins réversible, du matériau. Certaines familles de minéraux argileux, notamment les smectites et quelques interstratifiés, possèdent de surcroît des liaisons particulièrement lâches entre feuillets constitutifs, si bien que la quantité d’eau susceptible d’être adsorbée au cœur même des particules argileuses, peut être considérable, ce qui se traduit par des variations importantes de volume du matériau.

 

Manifestation des dégâts :

Le sol situé sous une maison est protégé de l’évaporation en période estivale et il se maintient dans un équilibre hydrique qui varie peu au cours de l’année. De fortes différences de teneur en eau vont donc apparaître dans le sol au droit des façades, au niveau de la zone de transition entre le sol exposé à l’évaporation et celui qui en est protégé. Ceci se manifeste par des mouvements différentiels, concentrés à proximité des murs porteurs et particulièrement aux angles de la maison. Ces tassements différentiels sont évidemment amplifiés en cas d’hétérogénéité du sol ou lorsque les fondations présentent des différences d’ancrage d’un point à un autre de la maison (cas des sous-sols partiels notamment, ou des pavillons construits sur terrain en pente).

Ceci se traduit par des fissurations en façade, souvent obliques et passant par les points de faiblesse que constituent les ouvertures. Les désordres se manifestent aussi par des décollements entre éléments jointifs (garages, perrons, terrasses), ainsi que par une distorsion des portes et fenêtres, une dislocation des dallages et des cloisons et, parfois, la rupture de canalisations enterrées (ce qui vient aggraver les désordres car les fuites d’eau qui en résultent provoquent des gonflements localisés).

 

Les maisons individuelles sont les principales victimes de ce phénomène et ceci pour au moins deux raisons :

-         la structure de ces bâtiments, légers et peu rigides, mais surtout fondés de manière relativement superficielle par rapport à des immeubles collectifs, les rend très vulnérables à des mouvements du sol d’assise ;

-         la plupart de ces constructions sont réalisées sans études géotechniques préalables qui permettraient notamment d’identifier la présence éventuelle d’argile gonflante et de concevoir le bâtiment en prenant en compte le risque associé.

 

Comment construire sur sol sensible au retrait-gonflement ?

Les dispositions préventives généralement prescrites pour construire sur un sol argileux sujet au phénomène de retrait-gonflement obéissent aux quelques principes suivants, sachant que leur mise en application peut se faire selon plusieurs techniques différentes dont le choix reste de la responsabilité du constructeur

 Voici quelques conseils tirés du site www.argile.fr

 

-         Les fondations sur semelle doivent être suffisamment profondes pour s’affranchir de la zone superficielle où le sol est sensible à l’évaporation. A titre indicatif, on considère que cette profondeur d’ancrage, qui doit être au moins égale à celle imposée par la mise hors gel, doit atteindre au minimum 0,80 m en zone d’aléa faible à moyen et 1,20 m en zone d’aléa fort.

-         Une construction sur vide sanitaire ou avec sous-sol généralisé est préférable à un simple dallage sur terre-plein. Un radier généralisé, conçu et réalisé dans les règles de l’art, peut aussi constituer une bonne alternative à un approfondissement des fondations.

-         Les fondations doivent être ancrées de manière homogène sur tout le pourtour du bâtiment (ceci vaut notamment pour les terrains en pente (où l’ancrage aval doit être au moins aussi important que l’ancrage amont) ou à sous-sol hétérogène. En particulier, les sous-sols partiels qui induisent des hétérogénéités d’ancrage sont à éviter à tout prix.

-         La structure du bâtiment doit être suffisamment rigide pour résister à des mouvements différentiels, d’où l’importance des chaînages haut et bas.

-         Deux éléments de construction accolés et fondés de manière différente doivent être désolidarisés et munis de joints de rupture sur toute leur hauteur pour permettre des mouvements différentiels.

-         Tout élément de nature à provoquer des variations saisonnières d’humidité du terrain (arbre, drain, pompage ou au contraire infiltration localisée d’eaux pluviales ou d’eaux usées) doit être le plus éloigné possible de la construction. On considère en particulier que l’influence d’un arbre s’étend jusqu’à une distance égale à au moins sa hauteur à maturité.

-         Sous la construction, le sol est à l’équilibre hydrique alors que tout autour il est soumis à évaporation saisonnière, ce qui tend à induire des différences de teneur en eau au droit des fondations. Pour l’éviter, il convient d’entourer la construction d’un dispositif, le plus large possible, sous forme de trottoir périphérique ou de géomembrane enterrée, qui protège sa périphérie immédiate de l’évaporation.

-         En cas de source de chaleur en sous-sol (chaudière notamment), les échanges thermiques à travers les parois doivent être limités par une isolation adaptée pour éviter d’aggraver la dessiccation du terrain en périphérie.

-         Les canalisations enterrées d’eau doivent pouvoir subir des mouvements différentiels sans risque de rompre, ce qui suppose notamment des raccords souples au niveau des points durs.

 

Pour plus d’info consulter le site www.argile.fr