Introduction
En Première, vous avez acquis les fondamentaux de la conception bioclimatique : les principes de capter, conserver et diffuser l'énergie solaire, l'importance de l'orientation, la gestion des apports solaires directs, les stratégies de ventilation naturelle et une première approche des matériaux biosourcés. En Terminale, nous passons à une échelle supérieure, quantitative et normative. La conception n'est plus seulement qualitative ; elle s'appuie sur des simulations précises, doit répondre à des réglementations exigeantes (RE2020) et viser des labels internationaux. Il s'agit d'intégrer des systèmes passifs avancés et des énergies renouvelables (EnR) dans une approche globale et optimisée du bâtiment.
Objectifs du cours : Maîtriser les outils et méthodes pour concevoir, simuler et évaluer un bâtiment à haute performance énergétique et environnementale, dans le cadre réglementaire français et européen.
1. La Simulation Thermique Dynamique (STD) - L'outil d'optimisation
2. 1 Principe et intérêt de la STD
La Simulation Thermique Dynamique (STD) est une modélisation informatique du comportement thermique d'un bâtiment sur une année complète, heure par heure. Contrairement aux méthodes statiques (comme le DPE), elle prend en compte l'inertie thermique, les variations météorologiques réelles (fichier climatique), l'ensoleillement variable et l'occupation intermittente. Elle permet de prédire avec précision les températures intérieures, les besoins de chauffage et de rafraîchissement, et d'identifier les risques d'inconfort (surchauffe estivale). C'est l'outil indispensable pour optimiser une conception bioclimatique complexe et valider le respect de la RE2020.
À retenir
La Simulation Thermique Dynamique (STD) est une modélisation informatique du comportement thermique d'un bâtiment sur une année complète, heure par heure. Contrairement aux méthodes statiques (comme le DPE), elle prend en compte l'inertie t...
3. 2 Les logiciels et leur utilisation : Pleiades et DesignBuilder
Deux logiciels sont couramment utilisés dans la filière :
Pleiades (suite COMFIE / Pleiades): Suite logicielle française, intégrée à l'offre de CSTB (Centre Scientifique et Technique du Bâtiment). Elle est particulièrement adaptée au contexte réglementaire français (calculs RE2020, Bbio, Cep). Son interface de modélisation est souvent couplée avec un logiciel de CAO (type SketchUp). Elle permet des calculs précis des bilans énergétiques et environnementaux.
DesignBuilder : Logiciel international basé sur le moteur de simulation EnergyPlus (développé par le département américain de l'Énergie). Son atout majeur est son interface graphique 3D intuitive et intégrée pour la modélisation géométrique. Il est très puissant pour analyser les phénomènes dynamiques (rayonnement solaire, flux d'air, confort thermique). Il est largement utilisé pour la conception de bâtiments passifs et très basse consommation.
À retenir
Pleiades (suite COMFIE / Pleiades): Suite logicielle française, intégrée à l'offre de CSTB (Centre Scientifique et Technique du Bâtiment). Elle est particulièrement adaptée au contexte réglementaire français (calculs RE2020, Bbio, Cep). Son inte...
4. 3 Processus type et données d'entrée
La démarche de simulation suit un processus rigoureux :
5. Modélisation géométrique : Création du volume du bâtiment, des parois, des baies.
6. Définition des matériaux et composants : Attribution des caractéristiques thermiques (U, ρ, c, μ) à chaque paroi, définition des menuiseries (vitrage, facteur solaire Sw).
Définition des zones et des conditions d'occupation : Découpage en zones thermiques (salon, chambres...), programmation des occupations, des apports internes (éclairage, appareils), de la ventilation.
À retenir
Définition des zones et des conditions d'occupation : Découpage en zones thermiques (salon, chambres...), programmation des occupations, des apports internes (éclairage, appareils), de la ventilation.
Points clés à retenir
- Ce cours couvre les concepts avancés de Terminale avec des applications concrètes.
Exercices d'application
Exercice 1
Consigne : À partir de la description suivante, identifiez les principes de conception bioclimatique avancée mis en œuvre et proposez une amélioration. "Une maison individuelle en région lyonnaise est conçue pour être passive. Elle présente une forme compacte, une grande façade sud entièrement vitrée (triple vitrage) sans protection solaire fixe. Les murs sont en ossature bois avec 40 cm de laine de bois. Le chauffage est assuré par une petite PAC air/eau. Une VMC double flux est installée. Le propriétaire signale des surchauffes importantes en juillet-août." Corrigé Exercice 1 : Principes ide
Exercice 2
Consigne : Estimez le déphasage approximatif d'une paroi de mur constituée comme suit (de l'extérieur vers l'intérieur) : Bardage bois (2 cm, λ=0.15 W/(m.K), ρ=500 kg/m³, c=1600 J/(kg.K)) Lame d'air ventilée (3 cm) Panneau de fibre de bois rigide (6 cm, λ=0.045 W/(m.K), ρ=200 kg/m³, c=2100 J/(kg.K)) Ossature bois avec laine de bois en vrac (24 cm, λ=0.040 W/(m.K), ρ=50 kg/m³, c=2100 J/(kg.K)) Plaque de plâtre (1.5 cm, λ=0.25 W/(m.K), ρ=900 kg/m³, c=1000 J/(kg.K)) On négligera la lame d'air pour le calcul. On utilisant la formule approchée : Δt (heures) ≈ (0,037 e) √(
Exercice 3
Consigne : Pour un projet de logement collectif, l'équipe de conception hésite entre deux options pour la façade sud : Option A : Baies standard double vitrage Low-E (Ug=1.1 W/(m².K), Sw=0.6), surface vitrée = 35% de la façade.* Option B : Baies performantes triple vitrage (Ug=0.8 W/(m².K), Sw=0.5), surface vitrée = 25% de la façade.* En utilisant la logique de la RE2020, expliquez quelle option est probablement la plus favorable pour respecter un Bbio maximal exigeant et pourquoi. Discutez des compromis. Corrigé Exercice 3 : Analyse selon la logique Bbio : Le Bbio pénalise les besoins de
