Écris par Léa Buis, Gabrielle Perrier et Aya Diguer

Professeur référent Jad ASSWAD

Trop chaud en été, mais pas de système de climatisation? Pas de soucis, nous avons étudié la solution pour vous!

En raison de l’augmentation des températures et des épisodes de canicule dans le monde, la climatisation est devenue une solution largement utilisée pour rafraîchir les bâtiments. Cependant, la climatisation est un système très polluant car l’air chaud créé est rejeté à l’extérieur et donc participe également à ce réchauffement climatique.

Nous avons donc voulu répondre à une question simple mais essentielle :

-> Est-il possible de refroidir une habitation sans utiliser de climatisation ?

Dans le but de répondre à notre problématique nous avons imaginé un projet capable d’illustrer de manière réaliste ce refroidissement de maison. Pour cela nous avons conçu et fabriqué plusieurs maquettes de maisons qui limitent naturellement la chaleur grâce à différents systèmes passifs d’isolation thermique. 

Maintenant tenez vous prêts, nous allons découvrir ensemble la fabrication totale de notre projet!

Titre: Photo de l’expérimentation finale avec le relevé de l’évolution de la température.

2. Pas une, ni 2, mais 3 différentes maisons étudiées !

a — La maison témoin

La maison témoin à comme son nom l’indique a pour but de servir de modèle de référence. Elle est composée uniquement de deux couches de bois contreplaqué collées sans isolation supplémentaire.

Cette maquette nous permet alors de comparer les performances thermiques des autres maisons et d’observer l’impact réel des solutions passives ajoutées.

Nous pourrons alors observer une hausse très démarquée de la température lors de l’expérimentation.

Titre: Photo de l’expérimentation avec la lampe chauffante sur la maison témoin.

b — La maison isolée au liège

La seconde maison a pour but d’analyser les propriétés thermiques de l’isolant seul et donc possède une couche de liège placée entre deux plaques de bois.

Le liège est un matériau biosourcé reconnu pour ses excellentes propriétés isolantes. Grâce à sa faible conductivité thermique, il ralentit le transfert de chaleur vers l’intérieur de la maison. Nous avons utilisé ce matériau pour imiter la laine de verre dans une réelle maison en ossature bois.

A l’issue de l’expérimentation, nous avons pu conclure que la température augmentait naturellement moins vite, concluant ainsi de l’efficacité de l’isolant.

Titre: Photo de l’assemblage de la maison en bois doublée, d’une couche de liège.

c — La maison à façade ventilée

La dernière maison repose sur le principe de la façade ventilée. Un espace d’air a été créé entre deux parois afin de favoriser une circulation naturelle de l’air. Cette lame d’air permet d’évacuer une partie de la chaleur avant qu’elle n’atteigne directement l’intérieur de la maison.

Cette technique est aujourd’hui utilisée dans certains bâtiments bioclimatiques modernes. Et pour cela nous avons ajouté à environ 1 cm du mur de la maison une couche unique de bois contreplaqué pour modéliser cette façade ventilée.

Titre: Photo de l’expérimentation sur la maison avec façade ventilée.

Sur cette photo, on peut voir l’agencement de la façade ventilée, avec l’espace créé entre le mur et la couche de bois pour laisser l’air circuler.

3. L’inventaire du projet

Pour réaliser notre projet, nous utilisé plusieurs matériaux différents et outils :

• Plaques de contreplaqué
• Plaques de liège isolant
• Colle à bois
• Pinces de maintien
• Cutter
• Lampe chauffante
• Ventilateur
• Sondes de température
• Ordinateurs avec SolidWork
• Découpe laser du FabLab

4. Étapes de conception par ordre chronologique

a- La modélisation sur SolidWorks

Pour fabriquer nos maisons, nous avons commencé par faire un travail de conception assistée par ordinateur (CAO).

Grâce à SolidWorks, nous avons pu créer les plans détaillés de chaque maison en prenant en compte :

• l’épaisseur du bois,
• la place nécessaire pour les isolants,
• les systèmes d’emboîtement,
• ainsi que les contraintes liées à la découpe laser.

Nous avons dû ajuster plusieurs fois les dimensions afin que toutes les pièces puissent s’assembler correctement.

Titre: Photo d’un plan Solidworks.

b- Les découpes laser

Une fois les plans terminés, nous avons pu préparer les mises en plan sur le logiciel Solidworks afin de lancer les découpes laser au FabLab.

Pour chaque découpe, il fallait compter environ une dizaine de minutes. Cette étape nous a demandé beaucoup de précision car une erreur pouvait rendre une pièce inutilisable.

Titre: Photo de la machine à découpe laser en action.

c- L’assemblage des maisons

Après la découpe laser des différentes pièces, nous avons commencé l’assemblage des maisons.

Pour les modèles isolés, nous avons collé les plaques de liège entre deux couches de bois à l’aide de colle spéciale bois. Les faces devaient ensuite sécher plusieurs heures avant d’être assemblées ensemble.

Cette étape a demandé beaucoup de patience car le liège était parfois difficile à fixer correctement.

Titre: Photo de collage du bois et liège des pièces du toit d’une maison.

5. Expérimentations thermiques des maquettes

Une fois les maisons terminées, nous avons pu commencer les expériences.

Nous avons utilisé une lampe chauffante afin de reproduire le rayonnement solaire et des sondes de température pour mesurer l’évolution thermique à l’intérieur des maquettes.

Un ventilateur a également été utilisé pour étudier le comportement de la façade ventilée.

Les résultats obtenus nous ont permis de comparer les performances des différents systèmes passifs et d’observer l’intérêt des matériaux isolants dans la limitation de la chaleur.

titre: Graphique qui représente l’évolution de la température des trois maisons.

6. Malgré une bonne organisation du projet, les difficultés rencontrées

Comme dans tout projet expérimental, nous avons rencontré plusieurs difficultés.

Le premier problème concernait le choix des matériaux et leur coût. Nous avons dû comparer plusieurs solutions avant de sélectionner les matériaux adaptés à notre budget et à notre étude.

Nous avons également rencontré des problèmes avec le bois commandé, les plaques avaient tendance à gondoler pendant les découpes lasers. Cela a compliqué l’assemblage des pièces.

De plus, l’accès limité aux machines du FabLab ainsi que des problèmes de licence pour les logiciels de découpe nous ont ralentis dans la découpe des pièces.

Titre: Photo d’une découpe manuelle au cutter des pièces en bois.

7. Ce que ce projet nous a apporté

Ce projet nous a permis de développer de nombreuses compétences techniques et scientifiques :

• organisation de projet
• modélisation 3D sur SolidWorks,
• fabrication numérique,
• expérimentation thermique,
• découpe laser,
• travail en équipe.

Grâce à ce projet nous avons pu comprendre l’importance des solutions passives thermiques qui pourrait avoir un impact majeur dans les habitations de demain. Mais cela nous a aussi sensibilisés aux enjeux énergétiques des bâtiments et de l’écoconstruction, qui pourraient être davantage développés.

8. Conclusion

Notre projet nous a permis de mettre en pratique nos connaissances scientifiques tout en travaillant sur une problématique actuelle et concrète : le refroidissement des habitations sans climatisation. Ainsi nous avons pu conclure sur l’efficacité des solutions passives de refroidissement, à savoir la façade ventilée pourrait être la meilleure isolation thermique. 

Même si nous aurions pu apporter d’autres améliorations pour rendre le projet d’autant plus réaliste, notamment avec du matériel plus performant. Le projet a été une expérience enrichissante et nous a plongés dans le concret des enjeux thermiques des bâtiments.

Nous remercions particulièrement notre professeur référent, Mr. Jad ASSWAD, pour son accompagnement et ses conseils tout au long du projet, ainsi que Boris pour son aide technique au FabLab.

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BUIS Léa, PERRIER Gabrielle, DIGUER Aya