Dans les prochains jours, on attend des températures élevées en France. Les périodes de forte chaleur posent un nouveau défi pour nos villes, qui ont un climat tempéré. Pendant longtemps, on a surtout cherché à se protéger du froid. Au lieu d'utiliser uniquement la climatisation, le refroidissement passif hybride propose de s'inspirer des méthodes utilisées dans les régions chaudes et sèches. Cette approche se base sur trois idées : empêcher la chaleur d'entrer dans les bâtiments, la stocker grâce à des matériaux qui gardent bien la température, et enfin, la laisser sortir la nuit avec une ventilation naturelle.
L'augmentation des périodes de forte chaleur dans les régions tempérées rend le confort thermique en été très important pour les villes. Pourtant, dans beaucoup de villes européennes, les bâtiments ont été construits pour garder la chaleur à l'intérieur en hiver, grâce à une bonne isolation et des murs bien étanches. Ces choix, logiques quand il fait froid, deviennent compliqués quand les températures restent hautes pendant plusieurs jours et que la nuit ne suffit plus à évacuer la chaleur accumulée pendant la journée.
On parle de « nuits tropicales » quand la température ne descend pas sous 20 °C la nuit, ce qui empêche le corps de se reposer. Quand cela arrive plusieurs fois, la canicule peut devenir un problème de santé publique. Les personnes âgées ou malades sont plus en danger, surtout si elles habitent dans des logements où l'air ne circule pas bien. Pendant la canicule de 2003 à Paris, la température a dépassé 39 °C, avec neuf jours où il a fait plus de 35 °C. Cela a causé 14 800 morts, dont un tiers en Île-de-France.
Face à cette situation, la climatisation semble souvent être la solution la plus simple et la plus rapide : elle rafraîchit presque tout de suite. Mais si tout le monde l'utilise, cela peut devenir une mauvaise adaptation. En effet, cela augmente la consommation d'électricité pendant les pics de chaleur, ce qui fatigue les réseaux électriques, et cela rejette de la chaleur dans l'environnement extérieur, ce qui aggrave le problème localement. De plus, la climatisation est une solution qui n'est pas accessible à tous de manière égale.
Selon une étude de l'agence de la transition écologique (Ademe) de 2020, le principal frein à l'achat d'une climatisation est le coût. Ainsi, 37 % des cadres et professions intellectuelles supérieures ont installé une climatisation, contre seulement 19 % des ménages dont la personne de référence n'a pas d'emploi ou est inactive.
Pour aider les villes à mieux s'adapter sans créer de nouveaux problèmes (trop de consommation électrique, augmentation locale des températures...), une autre méthode se développe : le refroidissement passif hybride. L'idée n'est pas de supprimer totalement les systèmes comme la ventilation mécanique ou la climatisation, mais de les utiliser en complément, en faisant des méthodes passives la base du confort.
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Qu'est-ce que le refroidissement passif hybride ?
Pour bien comprendre ce qu'est le refroidissement passif hybride, il faut regarder au-delà des aspects techniques. Il combine plusieurs mécanismes qui remplissent trois fonctions importantes pour la température : empêcher la chaleur d'entrer, la stocker et la laisser sortir.
« Empêcher la chaleur d'entrer » signifie tout ce qui évite à la chaleur de pénétrer dans le bâtiment : faire de l'ombre, bien placer les pièces, limiter les grandes fenêtres exposées au soleil, ou utiliser des dispositifs extérieurs qui réfléchissent la chaleur, comme la technologie de la société Cool Roof.
La deuxième idée est de stocker la chaleur pendant un certain temps pour réduire les pics de température à l'intérieur. Les matériaux qui gardent bien la chaleur, comme le béton, la pierre ou la terre, permettent d'accumuler la chaleur. Plus récemment, les matériaux à changement de phase (MCP) ont été créés pour améliorer cette capacité de stockage. En absorbant la chaleur quand ils changent d'état, ils agissent comme une réserve, capable de lisser les variations de température sans rendre les murs beaucoup plus épais.
Ces trois fonctions fonctionnent ensemble : empêcher la chaleur de rentrer réduit la quantité à stocker, stocker atténue les pics de température, et laisser sortir la chaleur réinitialise le système. Dans la plupart des cas, la ventilation naturelle est l'élément clé.
Elle n'est souvent pas suffisante seule, surtout dans les villes où l'air circule difficilement à cause de systèmes de ventilation spécifiques. Cependant, elle devient très importante quand elle est intégrée dans un ensemble de stratégies de refroidissement bien pensées. Quand les températures deviennent trop hautes ou que l'air extérieur ne permet plus d'évacuer assez de chaleur, des systèmes mécaniques (ventilation contrôlée, voire climatisation dans certains cas) peuvent intervenir. C'est cette combinaison qui définit le refroidissement passif hybride.
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Architecture et gestion de la chaleur, un héritage avant tout culturel
Les principes utilisés dans le refroidissement passif hybride ne sont pas nouveaux.
Dans les régions chaudes et sèches, les gens ont longtemps vécu sans climatisation ni ventilation mécanique. Ils utilisaient des architectures capables de capturer le vent, de créer de l'ombre ou encore d'utiliser la capacité des matériaux à stocker la chaleur le jour et à la relâcher la nuit quand les températures baissent.
Mais l'efficacité de ces systèmes dépend aussi de leur utilisation quotidienne. Par exemple, les ouvertures ne sont pas faites au hasard. Elles sont gérées selon un cycle de température précis. On limite l'entrée d'air pendant les heures les plus chaudes, puis on ouvre grand quand l'air est plus frais, surtout la nuit, pour évacuer la chaleur stockée.
Cette façon de faire est différente de certaines pratiques actuelles. En effet, dans beaucoup de bureaux climatisés aujourd'hui, les fenêtres restent fermées car la température est contrôlée presque entièrement par des systèmes automatiques. L'idée est que ouvrir les fenêtres est inutile si le système est en train de climatiser. Mais les personnes qui utilisent ces bâtiments n'ont souvent pas le contrôle sur ces systèmes.
Il faut aussi noter que dans les sociétés modernes équipées de climatisation, le confort est souvent défini comme une température intérieure stable et constante. Dans beaucoup de traditions anciennes, au contraire, le confort est basé sur un équilibre plus dynamique : les habitants adaptent leurs comportements, leurs activités ou leur emplacement pour rester dans des conditions supportables.
À Yazd, en Iran, les maisons traditionnelles combinent des dispositifs passifs comme les tours à vent, les murs épais et les espaces semi-ouverts, qui gardent naturellement les pièces plus fraîches. Mais ces dispositifs ne fonctionnent pas seuls. En milieu de journée, on évite les pièces les plus exposées en étage pour préférer les espaces plus massifs ou proches du sol, comme les pièces en bas ou les sous-sols. Les ouvertures vers l'extérieur chaud sont fermées. Les espaces semi-ouverts bien ventilés, comme les balcons, sont utilisés le soir ou la nuit pour dormir et se reposer.
Autrement dit, l'efficacité du refroidissement passif dépend de l'interaction entre les bâtiments et les habitudes des gens. C'est l'architecture qui rend certaines actions possibles (ombre, ventilation, stockage de chaleur) ou impossibles, et ce sont les usages qui les mettent réellement en pratique.
Des bâtiments innovants à Paris
Au niveau des villes, le besoin de solutions de refroidissement qui consomment peu d'énergie se traduit de plus en plus par des réalisations concrètes. À Paris, par exemple, la réponse à la chaleur combine plusieurs types d'actions : des solutions végétales (arbres, espaces verts), aquatiques (eau) et des matériaux (béton, ombre, aménagements urbains) comme les « îlots frais » réalisés par Fraîcheur de Paris (l'entreprise qui gère le réseau de froid parisien) en 2018 et 2019.
Dans ce contexte, certains équipements et bâtiments publics utilisés pendant les canicules s'appuient naturellement sur ces principes : ombre extérieure, matériaux qui gardent bien la température, ventilation et gestion du cycle jour/nuit. La climatisation est utilisée, mais plutôt comme une sécurité quand les conditions deviennent extrêmes. Autrement dit, le refroidissement passif hybride fait déjà partie, plus ou moins visiblement, de la façon dont une grande ville organise sa stratégie pour s'adapter à la chaleur.
Un exemple concret à Paris est la médiathèque James-Baldwin (dans le 19ᵉ arrondissement). Elle combine la rénovation d'un ancien bâtiment et une nouvelle construction en se basant sur une logique de refroidissement passif hybride. On y retrouve ses trois grands principes : empêcher la chaleur d'entrer, la stocker et la laisser sortir.
Pour empêcher la chaleur d'entrer, le bâtiment utilise plusieurs protections : des volets qui s'orientent pour faire de l'ombre, une coursive en bois sur la façade sud, et une structure en bois combinée à de la végétation qui augmentent l'ombre et réduisent l'échauffement des murs.
Pour stocker la chaleur sans que le bâtiment ne chauffe trop vite, la médiathèque utilise le béton de l'ancien bâtiment, tout en ayant amélioré son isolation extérieure avec des panneaux de fibres de bois.
Enfin, pour évacuer la chaleur, la clé est la ventilation naturelle, surtout la nuit, pour évacuer la chaleur accumulée quand l'air extérieur redevient plus frais.
Le refroidissement, un système qui combine technologie et société
Mais le refroidissement passif hybride ne se résume pas à ajouter des volets ou des matériaux nouveaux. En effet, une ventilation nocturne n'est efficace que si les fenêtres peuvent être utilisées en toute sécurité et avec confort pour les habitants. Un système d'ombrage n'est utile que s'il est bien placé et réellement utilisé. Un matériau de stockage n'est efficace que si la chaleur peut être évacuée ensuite.
L'efficacité ne vient donc pas seulement de la technologie, mais de la combinaison des dispositifs, des habitudes des gens et de la coordination entre ceux qui conçoivent les bâtiments, ceux qui les gèrent et ceux qui les utilisent.
Avec la chaleur qui devient un élément important pour définir l'environnement urbain, le refroidissement ne peut plus être considéré comme un simple équipement individuel ajouté à la fin. Il doit être compris comme un système sociotechnique complet, où la conception architecturale, les lois de la physique et l'organisation des usages forment un tout.
Autrement dit, il ne s'agit plus seulement d'utiliser des machines pour ajuster la température, mais d'organiser sur le long terme la gestion de la chaleur dans les bâtiments.
Cela demandera aussi d'impliquer davantage les occupants, en adaptant concrètement l'utilisation des espaces :
éviter les pièces les plus exposées pendant les heures chaudes,
préférer les zones qui restent naturellement plus fraîches, comme les pièces avec des murs épais ou situées en bas,
et enfin, déplacer certaines activités selon les moments de la journée, par exemple, se reposer pendant les heures les plus chaudes dans les pièces les plus fraîches, et faire les tâches ménagères le matin ou le soir quand il fait plus doux.
Cet article a été développé et co-écrit avec Stanislav Mukhamedov, étudiant à l'ESILV (école d'ingénieurs), dans le cadre de son travail de recherche sur l'adaptation des grandes villes aux vagues de chaleur.
Les auteurs ne travaillent pas, ne conseillent pas, ne possèdent pas de parts, ne reçoivent pas de fonds d'une organisation qui pourrait profiter de cet article, et n'ont déclaré aucune autre affiliation que leur organisme de recherche.