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16 janvier 2024
Zoom sur les climatiseurs naturels
À l’époque du réchauffement climatique, la recherche de nouveaux systèmes de refroidissement respectueux de l’environnement est cruciale. Aujourd’hui, redécouvrez l’histoire des climatiseurs naturels, des systèmes ingénieux et générateurs de fraîcheur qui ont traversé les âges !
Des climatiseurs naturels ancestraux
Les tours à vent au Moyen-Orient
Parmi les premiers climatiseurs naturels, découvrons les tours à vent, aussi connues sous le nom de Badgirs, des éléments emblématiques de l’architecture ancestrale.
Issus de la sagesse et du savoir des civilisations anciennes, ces systèmes millénaires offrent une méthode ingénieuse pour contrôler la température intérieure dans les régions chaudes et arides.
Bien que l’origine des tours à vent soit attribuée à la Perse, des traces de ces climatiseurs naturels sont également présentes dans l’Égypte ancienne.
Ces structures sont des éléments architecturaux qui captent les vents dominants pour refroidir les intérieurs des bâtiments.
Le fonctionnement de ces tours est simple : lorsque le vent souffle au sommet, il crée une pression différentielle qui attire l’air extérieur à l’intérieur par des ouvertures spécifiquement disposées. Cette circulation d’air naturelle rafraîchit l’espace intérieur et apporte une sensation de fraîcheur aux occupants.
Principalement présentes au Moyen-Orient, notamment en Iran, en Irak et dans la région du golfe Persique, ces structures sont utilisées dans divers bâtiments, tant résidentiels que commerciaux, démontrant leur adaptabilité et leur efficacité.
La conception minutieuse de la tour, incluant la hauteur, le nombre d’ouvertures et d’autres éléments, joue un rôle crucial dans la création d’un flux d’air frais à l’intérieur.
Ces tours à vent sont le reflet d’une ingéniosité ancestrale qui a su tirer parti des éléments naturels pour répondre aux besoins humains de refroidissement, une leçon précieuse qui résonne toujours dans l’architecture moderne en quête de solutions durables pour les défis climatiques actuels.
Les Mashrabiyas en Afrique du Nord
Le second exemple de climatiseur naturel nous provient du monde arabe, il s’agit des mashrabiyas ou musharrabiyas.
Il s’agit de fenêtres ornées de treillis en bois sculpté. Les mashrabiyas sont conçues pour réguler la lumière, la chaleur, la ventilation tout en préservant l’intimité des occupants.
Originaires des régions arabes du Moyen-Orient et d’Afrique du Nord, ces éléments ont été une réponse astucieuse aux conditions climatiques chaudes et sèches, créant des espaces intérieurs confortables et esthétiques en utilisant les ressources naturelles.
Le mashrabiya est une fenêtre typique de l’architecture arabe traditionnelle. Elle fait son apparition au XIIᵉ siècle et connaît son pic de développement entre le XIX et le XXᵉ siècle, notamment en Irak.
Adapté aux climats désertiques, le mashrabiya offre une solution architecturale innovante pour créer un environnement interne confortable malgré les conditions extrêmes de chaleur.
Sa construction intègre des motifs de treillis et des formes géométriques complexes spécifiques à chaque région. Dans certains cas, des pots en argile remplis d’eau, de sable ou de paille humide sont intégrés et servent à renforcer l’effet de climatiseur naturel.
Les mashrabiyas ont des utilisations variées. Socialement, ils assurent la confidentialité tout en permettant aux occupants de voir la rue, tandis qu’au niveau environnemental, ils fournissent de l’ombre et permettent la circulation de l’air.
Au niveau architectural, ils corrigent les formes des pièces et ajoutent une dimension ornementale à la rue.
En tant que climatiseur naturel, le mashrabiya permet de réguler la température, d’augmenter le taux d’humidité, mais aussi de contrôler le flux d’air.
La cour intérieure des maisons dans le sud de la Chine
Le troisième exemple de climatiseurs naturels ancestraux est les cours intérieures des maisons anciennement utilisées dans le sud de la Chine.
Les cours intérieures, ou tiān jǐng (littéralement “puits vers le ciel” en mandarin), sont courantes entre le XIIIᵉ et le XXe siècle dans les maisons traditionnelles du sud et de l’est de la Chine.
Alors que la Chine est au cœur d’une période d’urbanisation rapide, les impératifs climatiques et environnementaux offrent un regain d’intérêt pour ces climatiseurs naturels ancestraux.
Tout d’abord, lorsque le vent souffle sur la terrasse d’une maison, la brise descend à travers les murs, créant alors un flux d’air frais qui remplace l’air chaud qui lui sort par l’ouverture. La cour intérieure fonctionne alors comme une cheminée qui laisse s’échapper l’air chaud vers le haut.
De plus, les cours intérieures étaient équipées de systèmes de récupération pour l’eau de pluie, généralement sous forme de canaux pour acheminer l’eau en provenance des toits.
Les cours intérieures disposaient également d’une grande cuve pour stocker l’eau en vue d’un usage quotidien en encore pour faire face aux incendies.
À l’aide de ces systèmes d’acheminement et de stockage, l’eau était en permanence au cœur des cours intérieures. Lors des périodes de fortes chaleurs, l’évaporation de cette dernière permettait alors le rafraîchissement de la température.
Grâce à ces différentes fonctions de climatiseurs naturels utilisant l’air et l’eau, la température moyenne des cours intérieures est inférieure entre 2,6 et 4,3 °C par rapport à l’air extérieur.
Des climatiseurs naturels liés à la nature
Murs végétaux et toitures végétales pour une climatisation naturelle
Climatiseurs naturels par excellence, les murs végétaux, bien que récemment popularisés dans l’architecture contemporaine, trouvent leurs origines dans des civilisations anciennes telles que les Babyloniens et les Romains.
Ces cultures utilisaient déjà des techniques de végétalisation des murs pour des motifs esthétiques, mais aussi pour l’isolation thermique et phonique de leurs habitations.
Les murs végétaux intérieurs se concentrent principalement sur l’esthétique, la purification de l’air et l’amélioration du bien-être. Ils offrent un environnement visuellement attrayant tout en contribuant à la régulation thermique et à la qualité de l’air intérieur. L’utilisation de plantes spécifiques favorise également une atmosphère saine et un confort acoustique.
Quant aux murs végétaux extérieurs, ils agissent davantage comme des isolants thermiques, absorbant la chaleur en été en la maintenant à l’extérieur pour maintenir une température intérieure agréable.
Ils sont aussi conçus pour absorber les eaux de pluie, réduisant ainsi les ruissellements et contribuant à la biodiversité urbaine.
Les toits végétaux partagent une histoire similaire avec les murs végétaux, et sont employés depuis les époques anciennes. Ils étaient essentiellement utilisés pour l’isolation thermique et l’absorption des eaux pluviales.
Placés sur le dessus des bâtiments sous forme plate ou en pente, les toits végétaux sont d’une importance capitale. Ils agissent comme des climatiseurs naturels, régulant la température des bâtiments tout en absorbant les eaux de pluie.
Les toits et les murs végétaux utilisent par ailleurs le phénomène d’évapotranspiration qui permet le rafraîchissement naturel des bâtiments grâce à l’eau accumulée lors des précipitations, puis par la transpiration naturelle des végétaux.
Véritables climatiseurs naturels, les murs et les toits végétaux agissent comme des îlots de fraîcheur et permettent de lutter contre les îlots de chaleur urbains en été.
Les arbres, piliers des climatiseurs naturels
Lorsqu’il est question de climatiseurs naturels, les arbres font figure de champions historiques et sont de plus en plus plébiscités pour faire face au changement climatique.
Le phénomène de l’évapotranspiration permet aux arbres de réguler leur température interne par la transpiration végétale. Ils absorbent l’eau du sol par leurs racines et la libèrent par les stomates de leurs feuilles. Ce processus permet la libération d’eau sous forme de vapeur dans l’atmosphère, diminuant la chaleur environnante.
L’ombrage est le second atout qui fait des arbres des climatiseurs naturels redoutables. La canopée des arbres fournit une protection contre l’exposition directe au soleil, réduisant la quantité de rayonnement solaire atteignant le sol. Cette ombre réduit la température ambiante sous les arbres, créant ainsi des zones plus fraîches.
Les arbres fonctionnent comme des climatiseurs naturels grâce à leur capacité à transpirer, à fournir de l’ombre et à réguler la température environnante. Leur impact s’étend de la régulation thermique, à la purification de l’air, en passant par l’absorption du CO2 et des autres gaz à effet de serre.
L’eau de pluie comme climatiseur naturel
Le dernier exemple de climatiseur naturel nous provient d’Iran qui compte parmi les régions les plus chaudes et arides de la planète.
Pour faire face à des températures avoisinant les 40 °C et combinées à l’assèchement progressif des réserves d’eau, les architectes locaux innovent.
Dans cette optique, BMDesign, un cabinet d’architecture iranien, a mis au point une idée novatrice : la climatisation naturelle à partir de l’eau de pluie.
Le concept repose sur un système installé sur les toits des bâtiments, constitué de deux vasques superposées, l’une pour recueillir l’eau, l’autre pour la stocker.
Cette eau est ensuite stockée dans un réservoir central situé entre les murs des bâtiments. Elle agirait alors comme un climatiseur naturel, rafraîchissant le toit et les murs et, par conséquent, l’intérieur des bâtiments.
Les vasques, agissant aussi comme des parasols, fournissent aussi de l’ombre, tout en favorisant la circulation de l’air.
Cette solution écologique et économique convient à de nombreux types d’habitations dans les régions chaudes. De plus, elle permet des économies importantes d’énergie, tout en évitant l’utilisation excessive de la climatisation.
D’après les architectes, pour environ 900 m² de toiture, c’est l’équivalent d’une petite piscine, soit 28 m³ d’eau qui pourrait être récupérée et stockée.
Des climatiseurs naturels originaux
Beehive cooling, un climatiseur inspiré des abeilles
Le premier climatiseur naturel de cette rubrique est un système de refroidissement inspiré des ruches. Récompensé par le prix de l’ONU 2018 pour les entrepreneurs innovants, le système CoolAnt reprend et actualise une technique indienne vieille de plusieurs millénaires.
Ainsi, le fonctionnement du “Beehive cooling”, ou refroidissement de la ruche, consiste à empiler de nombreux pots en terre cuite dans le but d’imiter la forme des alvéoles des ruches.
Cette structure composée de terre cuite est ensuite placée sur les façades des bâtiments, puis imbibée d’eau. Une fois imbibée, l’eau des pots en terre cuite absorbe la chaleur environnante. L’évaporation de cette eau au contact de la chaleur contribuera quant à elle au rafraîchissement des espaces de vie intérieurs.
En mêlant art, écologie et besoins pratiques, les climatiseurs naturels CoolAnt permettent une moyenne de réduction de la température de 15 %, des économies de 22 %, ainsi qu’une empreinte carbone nulle.
Un climatiseur en terre cuite
Le second climatiseur naturel original utilise lui aussi les capacités de la terre cuite pour le refroidissement des espaces intérieurs.
Contrairement aux façades de l’exemple précédent, les structures peuvent cette fois-ci prendre place à l’intérieur des pièces de vie.
Créé par Yael Issacharov, “Nave” est une climatisation écologique utilisant des tuiles de terre cuite et un écoulement d’eau pour refroidir les espaces intérieurs.
Fonctionnant sans électricité, ce système s’appuie sur l’irrigation automatique, favorisant l’évaporation de l’eau à travers les murs de boue perméable.
Inspiré de l’architecture égyptienne et des pratiques palestiniennes, Nave convertit les murs passifs en composants actifs pour réguler la température et l’humidité intérieures.
Nave offre une modularité et une adaptabilité remarquables avec des types de structures variés comme les carreaux muraux, les cloisons ou encore les totems.
Fabriqué à partir d’argile locale et de caoutchouc recyclé, ce système s’inscrit dans une démarche durable et respectueuse de l’environnement.
Les climatiseurs naturels en bambou
Le prototype d’AREP, présenté à la Biennale d’architecture et d’urbanisme de Séoul en 2021, répond à un enjeu crucial en proposant un système de rafraîchissement adiabatique.
Le principe adiabatique est le même que celui utilisé dans le cas des pots et structures en terre cuite. L’eau s’évapore au contact de l’air chaud, absorbant ainsi l’énergie thermique et induisant un refroidissement naturel de l’air.
Cette évaporation génère une baisse significative de la température, offrant ainsi une solution de rafraîchissement efficace et respectueuse de l’environnement.
Inspiré par une technique ancestrale utilisée par les anciennes civilisations, ce dispositif repose sur l’évaporation de l’eau pour générer un refroidissement naturel grâce à des structures en bambou et offre une baisse de 6 degrés par rapport à l’air ambiant.
Conçu au Vietnam avec des tours en bambou, ce procédé ancestral, datant de – 2 500 ans av. J.-C., démontre l’ingéniosité des anciens à créer des solutions naturelles pour contrer la chaleur. Le refroidissement adiabatique assure un confort thermique tout en réduisant la dépendance aux énergies fossiles, présentant ainsi une voie écologique pour l’avenir.
Conclusion
La renaissance des climatiseurs naturels témoigne d’une symbiose entre sagesse ancestrale et innovation contemporaine.
Ces systèmes ingénieux utilisent les éléments naturels pour offrir fraîcheur, confort et esthétisme, tout en respectant la planète.
Face aux défis climatiques actuels, les climatiseurs naturels permettent d’abaisser les températures intérieures et extérieures, de purifier l’air, les eaux et les sols, de réduire la pression sur les ressources naturelles, tout en réduisant et en absorbant les émissions de gaz à effet de serre !
