LES BÂTIMENTS THERMOSOLAIRES
à structure radiante
Les bâtiments Thermosolaires à structure radiante ou à masse radiante sont inspirés des animaux, des minéraux et des végétaux parmi lesquels les invertébrés à coquille, les plantes, les astres ou encore les termitières et les reptiles à sans froids.
Les minutieuses observations et études approfondies faites l’artiste scientifique MEZRI sur les créatures précitées, ont permis de synthétiser une nouvelle technologie intitulée Thermosolaire aujourd’hui appliquée avec succès à des réalisations utilisant l’énergie solaire tels que les bâtiments et les capteurs thermiques.
Par analogie donc avec les coquillages, les plantes, les astres et les reptiles, la conception technique et architecturale ainsi que la régulation thermique des bâtiments Thermosolaires sont similaires à celles qui sont utilisées par ces phénomènes naturels exceptionnels. Ainsi, un bâtiment quel qu’il soit, par analogie avec les créatures précitées, est conçu avec une structure en plaques et/ou en coques (isotropes) hyperrésistante aux ondes sismiques et aux contraintes mécaniques et thermiques.
Selon le chercheur MEZRI, sachant qu’un reptile capte avec sa peau l’énergie solaire que le sang véhicule sous forme de chaleur ou de fraîcheur à son organisme pour réguler sa température, un bâtiment thermosolaire à structure radiante, pareillement, capte le maximum d’infrarouges solaires (diffus et direct) avec son enveloppe extérieure couverte partiellement ou totalement, comme un reptile, de capteurs solaires modulaires (CSM). Lesquels capteurs produisent la chaleur qu’un fluide caloporteur en circulation répartit et stocke dans l’ensemble de la structure porteuse massive de l’ouvrage pour climatiser uniformément par radiations thermiques l’ensemble de son intérieur habitable.
Comme un reptile à sang-froid, un bâtiment Thermosolaire est un capteur auto-stockeur d’énergie solaire et autorégulateur thermique naturel.
Présentation
des bâtiments Thermosolaires
Les bâtiments Thermosolaires se divisent en deux familles de construction : les bâtiments courbistes en coques et les bâtiments cubistes en plaques. Chaque famille se répartit en bâtiments Thermosolaires type 1 à structure porteuse lourde et en bâtiments Thermosolaires type 2 à structure légère ou mixte (légère et lourde). Ces techniques innovantes de construction enrichissent l’architecture thermosolaire et avec le paysage urbain et l’environnement.
Les bâtiments courbistes en coques
Les bâtiments Thermosolaires à structure radiante courbistes sont caractérisés en ce que leur structure porteuse est en coque ellipsoîdique à inertie Thermique décroissante, allongée ou aplatie selon la nature de l’ouvrage. Une structure parfaitement équilibrée, permettant d’une part, de capter le maximum d’énergie solaire, d’emmagasiner et de répartir la chaleur en stabilisant uniformément la température du bâtiment, et d’autre part, la même structure porteuse permet de résister efficacement aux contraintes thermiques et mécaniques internes et externes telles que sismiques et cycloniques dans les conditions climatiques et d’ensoleillement extrêmes : vent violent, chaleur, froid, humidité...
Un bâtiment Thermosolaire courbiste est idéal pour le secteur résidentiel individuel (villas et maisons) mais aussi collectif tertiaire et de prestige à usage : commercial, touristique, sportif, culturel ou encore industriel surtout à technologie fine...
Le coût de ces réalisations est réduit par comparaison avec un bâtiment cubique de même nature.
Les bâtiments courbistes sont inspirés des créatures organiques mais aussi de l’art courbiste. Leur structure porteuse est en coque homogène (isotrope) dont la résistance mécanique et le comportement thermique et acoustique sont remarquables. Avec sa paroi externe, convexe, cette structure courbiste réfléchit les ondes sonores et certaines radiations vers l'extérieur alors qu’avec sa paroi interne concave les converge, tout en échangeant par rayonnement thermique la chaleur avec l’intérieur du bâtiment - établissant ainsi un confort sanitaire : acoustique, hygrométrique et thermique général exceptionnel.
Les bâtiments cubistes en plaques
Un bâtiment Thermosolaire à structure radiante cubiste est une construction dont l’enveloppe porteuse périphérique est en plaques (murs droits) n’ayant pas les mêmes propriétés que la structure porteuse courbiste. Seule la forme géométrique diffère. Les bâtiments Thermosolaires cubistes s’apparentent à la génération des bâtiments traditionnels utilisant les énergies conventionnelles, sauf que leur structure porteuse est à inertie structuro-thermique constante ou croissante adaptée à la technique de construction Thermosolaire.
Secteurs d’utilisation
Les bâtiments Thermosolaires à structure appartiennent au secteur de l’habitat, du tertiaire et de l’industrie. Ils sont particulièrement destinés à innover la conception technique et architecturale des constructions dans le but: d’améliorer la résistance surtout sismique et le confort thermique, de maîtriser l’énergie mais aussi et surtout de réduire les émissions du dioxyde carbone et des gaz réfrigérants dans l’atmosphère.
La technique de construction Thermosolaire est compétitive. Elle concerne tous les bâtiments sans exception: individuels ou collectifs, à étages ou isolés. Un bâtiment thermosolaire peut être fixe ou mobile, avec ou sans toitures, préfabriqué ou réalisé in situ, doté d’une structure lourde ou légère selon la conception architecturale, le volume, la surface au sol et le lieu géographique du site - en hautes montagnes enneigées pour chauffer ou en plein désert pour climatiser.
Les bâtiments Thermosolaires à usage industriel par exemple sont principalement utilisés pour la production, le stockage et le conditionnement thermique et sanitaire des produits sensibles à la chaleur, à l’humidité et à la convection de l’air ambiant. Les secteurs de l'électronique, de la chimie ou encore les laboratoires à technologies fines en sont les exemples.
Les bâtiments Thermosolaires à usage industriel concernent également la conservation des produits agricoles et forestiers, terrestres et aquatiques, mais aussi l’irrigation et la culture conditionnée sous serre, le séchage du bois et ses dérivés, la déshydratation des agrumes, etc....
Les bâtiments Thermosolaires dont la régulation thermique est naturelle, ne comportent pas d’installations compliquées entraînant des pertes d’énergie et donc une baisse évidente du rendement ou encore sources de nuisances sonores génératrices de radiations électromagnétiques et électrostatiques résiduelles inconfortables.
Les bâtiments Thermosolaires à structure radiante procurent aux occupants une sensation de confort corporel naturelle exceptionnelle, surtout dans le secteur résidentiel et tertiaire à usage nocturne et- ou diurne; allant de la simple maison aux villas de hautes gammes en passant par les ouvrages spéciaux comme : les cliniques et les hôpitaux, les ensembles résidentiels, les complexes hôteliers, commerciaux et universitaires...
Description technique
des bâtiments Thermosolaires
Les bâtiments thermosolaires type 2
Qu’ils soient conçus en coques ou en plaques, les bâtiments thermosolaires type 2 sont des constructions autonomes en énergie solaire dont la conception est basée sur les principes physiques de thermosiphon par fluide caloporteur (chauffant et rafraîchissant). Ce bâtiment est constitué de trois parties principales que sont : des capteurs Thermosolaires en façades extérieures ; une structure radiante et une spécifique installation de radiateurs réfrigérateurs répartis dans l’ensemble du bâtiment.
Les capteurs Thermosolaires (Une nouveauté)
Ce sont des capteurs solaires modulaires producteurs de chaleur par l’énergie solaire. Spécifiquement conçus pour les bâtiments Thermosolaires type 2. Ce sont des panneaux plans préfabriqués couvrant totalement ou partiellement les façades ensoleillées. Leur rôle consiste d’une part, à capter les rayons solaires, les convertir en chaleur ou de fraîcheur et les transmettre à la masse radiante et à l’installation de radiateurs climatiseurs dans le local. Ces capteurs , sans face noire, produisent également l’eau chaude sanitaire aux occupants.
La structure porteuse radiante (Une nouveauté importante)
Comme pour les bâtiments types 1, la structure porteuse d’un bâtiment thermosolaire type 2 est matérialisée par les éléments porteurs tels que : dalles, planchers, murs, cloisons, escaliers, etc...Cette structure massive lourde qui, traditionnellement assure la résistance mécanique et dynamique d’un bâtiment, est désormais pourvue d’un réseau chauffant et climatisant raccordé aux capteurs en façades extérieures. Elle se comporte alors à la fois comme un accumulateur d’énergie thermique et diffuseur ou absorbeur de chaleur dans le bâtiment. Son rôle consiste donc à stocker l’énergie solaire captée le jour et la diffuser jour et nuit dans le bâtiment. Ainsi ce dernier se trouve confortablement chauffé ou climatisé exclusivement par radiations thermiques de toutes les parois internes de la masse porteuse. Laquelle masse radiante dont la capacité calorifique et l’inertie thermique sont élevées, se comporte alors comme un énorme radiateur l’hiver et climatiseur l’été, en absorbant ou en restituant en permanence la fraîcheur ou la chaleur créée par les capteurs Thermosolaires.
Les radiateurs thermosolaires (Une nouveauté importante)
Ce sont des panneaux en alliage léger aux caractéristiques solaires et thermiques élevées utilisés pour le chauffage et la climatisation des bâtiments Thermosolaires type 2. Ces panneaux plans modulaires, compacts et esthétiques, sont installés à l’intérieur du local et connectés naturellement aux capteurs Thermosolaires sur les façades l’extérieures du bâtiment. Ainsi, la chaleur et la fraîcheur fournies par ces capteurs sont transmises aux radiateurs climatiseurs précités, qui, à leur tour, les diffusent dans le volume habitable. Ce type d’installation concerne les bâtiments neufs ou anciens, en coques ou en plaques, comportant une structure lourde ou légère et disposant de façades suffisamment ensoleillées.
Les bâtiments thermosolaires type 1
Un bâtiment Thermosolaire à structure radiante type 2 courbiste en coques ou cubiste en plaques comporte trois parties essentielles à savoir :
1 – Une enveloppe de capteurs thermosolaires spécifiques;
2 - une structure porteuse à inertie thermosolaire ;
3 - une isolation thermodynamique Thermosolaire.
Les capteurs Thermosolaires (Une nouveauté)
Par analogie avec la peau dermique d’un reptile constituée de petites écailles permettant la captation et la conversion en chaleur des infrarouges solaires, l’enveloppe d’un bâtiment Thermosolaire est, par similitude, constituée elle aussi de capteurs solaires modulaires spécifiques couvrant totalement ou partiellement les façades extérieures, fournissant, comme un reptile, la chaleur solaire pour produire l’eau chaude, isoler la structure porteuse et réguler le confort thermique du bâtiment.
L’aspect apparent des capteurs thermo solaires est clair donc non-noir comme le sont les capteurs solaires traditionnels. Aussi esthétiques que fonctionnels et performants, ces nouveaux capteurs harmonisent les façades extérieures du bâtiment avec le paysage urbain et l’environnement.
La structure radiante (Une première dans le bâtiment)
Par analogie avec un corps reptilien chauffé par le soleil ou rafraîchi par les frigories extérieures, la structure porteuse d’un bâtiment Thermosolaire est elle aussi climatisée (chauffée et rafraîchie) par l’énergie solaire. En rappelant que cette structure porteuse dite aussi masse porteuse ou gros œuvres est matérialisée par l’ensemble des éléments porteurs horizontaux (sols et plafonds) et verticaux (murs maîtres et cloisons), escaliers et tous corps matériels massifs similaires. Ces éléments porteurs généralement en matériaux lourds : béton, pierres, briques, parpaings... qui assurent la stabilité mécanique et dynamique de l’ouvrage, par similitude donc avec un organisme reptilien, sont désormais utilisés comme une batterie thermique, la masse idéale de stockage des calories solaires et des frigories du sol pour climatiser le bâtiment. En raison de leur imposante masse, les mêmes éléments porteurs dont la chaleur massique et l’inertie thermique sont élevées, se comportent alors comme un gigantesque radiateur et climatiseur, restituant par rayonnement thermique, avec leurs larges parois internes, la chaleur solaire préalablement accumulée, vers l’intérieur du bâtiment. D’où le qualificatif de la structure porteuse d’un bâtiment thermosolaire de structure radiante.
La structure porteuse joue ainsi deux rôles “structuro-thermique” complémentaires indissociables permettant l’équilibre mécanique et thermique de l’ouvrage. D’une part, elle résiste aux sollicitations extérieures et aux contraintes internes et externes, et d’autre part, emmagasine l’énergie solaire le jour et la fraîcheur du sol pour établir l’équilibre thermique général du bâtiment. Ainsi, la structure radiante, comme un accumulateur thermique, stocke donc les photons solaires et les frigories. Qu’elle diffuse uniformément exclusivement par rayonnement thermique dans tout le bâtiment.
Aspect thermique de la structure porteuse
Selon la saison, la température rayonnée par la structure porteuse à l'intérieur du bâtiment ainsi que l’hygrométrie, demeurent jour et nuit confortablement stables - ceci en raison de la température uniformément identique de tous les éléments porteurs tels que: sols (planchers et dalles), murs porteurs ou non, cloisons, escaliers, etc... Des éléments solidement liés entre eux par encastrement qui favorisent la propagation uniforme des isothermes par conduction dans toute la structure radiante du bâtiment. Ainsi le mode de chauffage par radiations thermiques de ces “éléments radiateurs”, exclue tout mouvement d’air par convection dans le local - évitant de la sorte la circulation intempestive d’agents microbiens ou polluants entre les différents compartiments de la construction. La température rayonnée par les éléments porteurs dans le bâtiment demeure confortablement stable, même en procédant aux ouvertures et fermetures alternées et répétées des portes et des fenêtres pour le renouvellement d’air ou en raison de l’activité des occupants. Ceci accroît le confort thermique et sanitaire et maintient la longévité de l’ouvrage. Un tel confort thermique convient surtout aux bâtiments dits sensibles résidentiels et tertiaires mais aussi industriels à technologie sensible. Des ouvrages qui nécessitent un équilibre thermique, hygrométrique, acoustique voire sanitaire rigoureusement saint. Tel l’exemple des résidences et des complexes hôteliers ou encore et surtout des écoles, des cliniques et desHôpitaux souvent affectés par la Légionellose, un germe infectieux proliférant dans les canalisations des installations de chauffage traditionnelles.
L’isolation Thermosolaire
(Une première dans le bâtiment)
Par analogie avec le fluide sanguin thermorégulateur d’un reptile véhiculant la chaleur de l’épiderme de l’animal vers son organisme à chauffer, pareillement pour un bâtiment Thermosolaire à structure radiante type 1 ou type 2, l’isolation Thermosolaire est également constituée d’un fluide thermodynamique autonome, en circuit fermé. Le rôle de ce fluide caloporteur écologique est de transférer par conduction, convection et rayonnement et de répartir uniformément autour et dans la masse porteuse (corps du bâtiment) la chaleur et la fraîcheur fournis respectivement par les capteurs solaires extérieurs (épiderme) et par le sol. Ainsi, chaude l’hiver et fraîche l’été à l’inverse de la température extérieure, cette isolation thermodynamique compense les déperditions en échangeant avec la masse porteuse la chaleur et la fraîcheur préalablement stockées.
L’isolation Thermosolaire quant à elle, activée par les rayons solaires, élimine constamment l’humidité résiduelle dans les éléments porteurs de la structure porteuse, souvent foyers de prolifération de micro-organisme infectieux et de parasites organiques comme les champignons. En même temps, cette isolation spécifique accroît le confort thermique et sanitaire pour les occupants, limite les pertes thermiques et donc réduit la consommation d’énergies et la concentration du dioxyde de carbone les gaz réfrigérants traditionnellement émis dans l’atmosphère par les installations à énergies conventionnelles utilisant les énergies carbonifères.
Remarque importante: : l’isolation Thermosolaire à fluide thermorégulateur ne peut être confondue ni assimilée à une lame d’air ordinaire statique à température constante en sandwich entre les parois de l’enveloppe porteuse d’un bâtiment traditionnel. Une isolation Thermosolaire climatise et conserve sainement un bâtiment, alors qu’une isolation traditionnelle, non.
Le coefficient (G) thermosolaire
Le coefficient G est, rappelons le, la valeur couramment utilisée dans la réglementation et les calculs des déperditions thermiques des bâtiments surtout tertiaires et d’habitation. Ce coefficient ne tient pas compte de l’énergie effective consommée par la construction, mais permet de déterminer les déperditions thermiques à travers l’enveloppe du local en fonction : du coefficient résultant de transmission (k), du volume habitable (v) et de l’écart de température (DT) entre l’intérieur et l’extérieur du bâtiment. Dans le cas d’un bâtiment classique, le coefficient G de l’enveloppe porteuse est toujours positif - alors que dans le cas d’un bâtiment Thermosolaire à masse radiante courbiste ou cubiste, ce même coefficient G diurne de l’enveloppe porteuse est en revanche négatif. Cette différence extrêmement importante en thermique du bâtiments’ explique par le fait que, dans le cas d’un bâtiment traditionnel, la source de chaleur est interne - fournie par une installation de chauffage par radiateurs ou par thermocirculation d’air par exemple. La chaleur est donc diffusée dans le local et transmise à travers les parois de l’enveloppe porteuse vers l’extérieur. Donc le local perd de l’énergie thermique qui se traduit par une chute de la température intérieure et donc une baisse du rendement énergétique du bâtiment, entraînant une surconsommation d’énergie et une pollution supplémentaire inévitable par le CO2.
Alors que dans le cas d’un bâtiment Thermosolaire à structure radiante type 1 ou type 2, l’enveloppe porteuse est chauffée de l’extérieur par les capteurs solaires. Par comparaison avec le bâtiment traditionnel précité chauffé de l’intérieur, c’est le phénomène inverse qui se produit, puisque la chaleur solaire est entrante de l’extérieur vers l’intérieur du bâtiment qui gagne l’énergie thermique solaire,
Les essais effectués sur un bâtiment expérimental réel, confirment ce comportement thermique durant la phase de chauffage. Le signe négatif du coefficient G diurne de l’enveloppe porteuse Thermosolaire, prouve désormais sur le plan thermique, qu’un bâtiment Thermosolaire est d’avantage performant, économiquement rentable et écologiquement moins polluant qu’un bâtiment traditionnel chauffé par une source de chaleur interne utilisant les énergies conventionnelles.
Portes-fenêtres Thermosolaires
Les portes et les fenêtres Thermosolaires concernent spécialement les bâtiments Thermosolaires neufs à structure radiante type 1 et type 2, mais aussi les bâtiments existants utilisant les énergies conventionnelles. À l’inverse de la température extérieure, les vitrages de ces éléments de menuiserie solaire, comme l’isolation thermosolaire et à l’inverse de la température extérieure, sont chauds l’hiver et frais l’été. Ils contribuent ainsi efficacement non seulement à la maîtrise de l’énergie, mais aussi au confort thermique et acoustique ainsi que visuels nécessaires à l’activité des occupants.
Régulation thermique
d’un bâtiment Thermosolaire type 1
Par analogie avec le principe de régulation thermique corporelle d’un reptile par l’énergie solaire et par les frigories du sol, la climatisation d’un bâtiment Thermosolaire à masse radiante est aussi établie par les photons solaires et les frigories du sol. Une climatisation qui s’effectue selon le lieu géographique et le degré d’ensoleillement du site en deux phases dont l’une de chauffage en saison froide et l’autre de rafraîchissement en saison chaude.
Phase de Chauffage l’hiver
Comme pour un reptile à sang-froid chauffant au soleil, un bâtiment thermosolaire à structure radiante capte avec son enveloppe de capteurs solaires modulaires l’énergie solaire globale incidente et la convertissant en énergie thermique (chaleur). Laquelle chaleur est ensuite transmise uniformément sans interruption à l’isolation Thermosolaire et à la structure porteuse au moyen d’une fluide thermodynamique autonome en circuit fermé. La chaleur est alors stockée dans tous les éléments porteurs et modérément rayonnée par toutes les parois internes des éléments porteurs, chauffant ainsi par radiations thermiques l’intérieur du bâtiment. Il règne finalement dans l’ensemble du local une température uniforme régulièrement stable, procurant aux occupants un confort thermique meilleur que dans les bâtiments traditionnels chauffés ou climatisés par thermocirculation d’air ou par tout autre système de chauffage à énergies conventionnelles.
Rafraîchissement l’été
Toujours par similitude avec un reptile rafraîchi pat l’eau ou par le sol, un bâtiment Thermosolaire est pareillement rafraîchi avec les frigories stockées dans sa structure porteuse, puisées par conduction et convection dans le sol au moyen du même fluide thermodynamique cité en phase de chauffage. Les frigories sont naturellement absorbées par ce fluide caloporteur activé par les capteurs solaires qui les répartit autour et dans la masse porteuse radiante pour rafraîchir et donc climatiser l’intérieur du bâtiment.
L’eau chaude thermosolaire
Durant les phases de chauffage et de rafraîchissement, d’importantes quantités d’eau chaude et éventuellement d’électricité sont quotidiennement produites par un bâtiment Thermosolaire tout secteur confondu, ceci à toutes fins utiles domestiques, alimentaires ou encore industrielles et agricoles.
L’informatique & le Thermosolaire
La technologie Thermosolaire est entièrement informatisée. Elle utilise des logiciels spécifiques permettant de calculer et de concevoir tout bâtiment Thermosolaire à structure radiante, individuel ou collectif, avec ou sans étages, quel qu’en soit l’usage : résidentiel, tertiaire ou encore industriel.
L’outil informatique permet également d’évaluer les bilans : énergétique, économique et écologique du bâtiment considéré.
L’informatique Thermosolaire intervient aussi dans le calcul thermique, solaire et de structures surtout par éléments finis pour optimiser l’inertie structuro-thermique de l’ouvrage, dont dépend la régulation thermique mais aussi la résistance globale du bâtiment. L’informatique est donc un outil important utilisant des méthodes scientifiques de résolution mathématiques et physiques Thermo solaires. Des méthodes spécifiques permettant d’innover et de réaliser techniquement les bâtiments en un temps réduit donc moins coûteux, avec des matériaux performants, à la fois : confortables, compétitifs et surtout non polluants. Tels sont les objectifs fixés depuis le lancement des recherches Thermosolaires par le chercheur MEZRI, en 1975.
La formation et l’emploi
Les bâtiments thermo solaires sont sources d’activités nouvelles dans le domaine solaire en général et dans le secteur du bâtiment (architecture et ingénierie) en particulier. Des entreprises compétitives exportatrices ou non à technologie propre pourraient naître permettant ainsi la création de produits innovants compétitifs et d’emplois nouveaux.
Attention
Tout bâtiment Thermosolaire à masse radiante cubiste ou courbiste nécessite une étude structuro-thermique et architecturale spécifique dont dépend non seulement la résistance de l’ouvrage mais aussi le bilan énergétique économique et écologique ainsi que le coût global du projet. Un bâtiment Thermosolaire à masse radiante non-conçu avec rigueur selon les techniques de calculs et de conception Thermosolaires, entraînerait à inévitablement, des problèmes techniques, thermiques, architectoniques et financiers irréversibles voire irréparables.
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