Comment fonctionne une serre bioclimatique et pourquoi en construire pour sa maison ?

Définition et principe de la serre bioclimatique

C'est quoi une serre bioclimatique pour une maison ?

Une serre bioclimatique pour une maison se réfère à une structure intégrée au bâti, conçue pour optimiser l'utilisation des ressources naturelles disponibles, principalement l'énergie solaire. C'est pourquoi vous pourrez rencontrer l'appellation "serres solaires" pour les designer. Elle utilise les principes du bioclimatisme pour maximiser l'efficacité énergétique et l'économie d'énergie.

On pense souvent à son intérêt l'hiver où elle permet de stocker l'énergie solaire durant le jour et à la restituer durant la nuit ou les périodes de moindre ensoleillement, permettant ainsi de maintenir une température stable dans la maison et de réduire les dépenses énergétiques.

Mais bien conçu elle a aussi un intérêt fondamental l'été ou elle va permettre une meilleure ventilation la nuit pour diminuer la température dans la maison.

Cette structure est généralement construite en utilisant du verre pour sa capacité à capter l'énergie solaire et des matériaux lourds pour une meilleure inertie thermique et peut jouer plusieurs rôles dans la maison, notamment :

• Amélioration du confort thermique
• Amélioration de la ventilation naturelle
• C'est une pièce en plus ! Une pièce agréable toute l'année.

La serre bioclimatique se distingue de la véranda ou des oriels (ou bow-windows). Les vérandas n'ont pas ou peu d'approche thermique dans leur conception, elles ont pour objectif principal d'offrir une pièce de vie supplémentaire ou agrandir la pièce de vie. Les oriels sont des fenêtres en saillie courbe sur la façade de la maison. Elles font donc parties intégrantes de la maison, elles ont plus un intérêt architectural.

Quels avantages pour sa maison d'avoir une serre bioclimatique ?

Économies d'énergie et autonomie

L'un des principaux atouts d'une serre bioclimatique est son potentiel d'économie d'énergie. En capitalisant sur l'énergie solaire pour le chauffage et la climatisation, la dépendance vis-à-vis des sources d'énergie traditionnelles est réduite. En fonction de sa conception, la serre bioclimatique peut couvrir 20 à 40% des besoins de chauffage d'une maison. Cela se traduit par des factures d'énergie plus basses, ce qui est non seulement bénéfique pour le portefeuille mais aussi pour l'environnement.

Outre les économies sur les coûts d'énergie, une serre bioclimatique contribue à l'autonomie de la maison. Grâce à sa capacité à créer un microclimat favorable, elle permet de cultiver des plantes toute l'année, augmentant ainsi l'autosuffisance alimentaire.

Avec une serre bioclimatique, vous pouvez :

• Réduire significativement vos factures d'énergie
• Diminuer votre empreinte carbone
• Augmenter l'autonomie alimentaire de votre maison

Tous ces avantages font d'une serre bioclimatique un investissement intelligent et durable pour votre maison.

Bien-être et santé

Les serres bioclimatiques présentent des avantages important pour la santé et le bien être des habitants.

• Elle offre un espace tampon qui est agréable à vivre à certaines période de l'année.
• L'exposition à la lumière du jour améliore l'humeur et favorise un bon sommeil.
• L'air sain grâce à une bonne ventilation et aux plantes, contribue à une meilleure qualité de vie.
• Le contact avec la nature, grâce aux plantes, a un effet apaisant et réduit le stress.
• Personnellement ça me détend d'avoir des factures plus basses... ^^

La serre bioclimatique offre donc un environnement propice à la détente et à la régénération, tout en renforçant la santé de ses occupants.

Quel est le principe de fonctionnement d'une serre bioclimatique pour une maison individuelle ?

Comment fonctionne une serre bioclimatique autonome en hiver ?

L'hiver, la serre bioclimatique tire parti de l’énergie solaire pour chauffer la maison. Sa face sud, vitrée, laisse entrer les rayons du soleil durant la journée. Cette énergie est captée par les matériaux de masse thermique utilisés dans la construction, tels que la terre crue ou le béton, permettant un stockage efficace de la chaleur.

Avec l’arrivée de la nuit ou lors de séquences nuageuses, cette chaleur emmagasinée est restituée dans l'air ambiant de la maison. Pour minimiser les pertes thermiques, la serre bioclimatique est généralement dotée d'une isolation efficace, en particulier sur son mur nord.

Comment fonctionne une serre bioclimatique en été ?

Pendant l'été, la serre bioclimatique joue un rôle différent, mais tout aussi crucial. Une ventilation adéquate est essentielle pour éviter la surchauffe. La nuit, les fenêtres de la serre sont généralement ouvertes pour permettre la circulation de l'air frais. Cette brise nocturne aide à réduire la température à l'intérieur de la maison.

De même, pendant les heures les plus chaudes de la journée, l'inclinaison de la surface vitrée et des dispositifs d'ombrage peuvent être utilisés pour limiter l'exposition au soleil et donc la chaleur excessive.

Il convient de noter que la conception de la serre doit être adaptée aux spécificités climatiques locales pour garantir un fonctionnement optimal en toutes saisons. Les besoins en ventilation et en ombrage seront ainsi différents en fonction des régions.

Comment fonctionne une serre bioclimatique en intersaison ?

En intersaison, le fonctionnement de la serre bioclimatique suivra les principes de son utilisation en été ou en hiver. Le fonctionnement est plus souple et se fera en fonction de l'ensoleillement, des besoins de chauffage ou de refroidissement de la maison et de habitudes de vie des occupants de la maison.

La conception d'une serre bioclimatique

L'emplacement et l'orientation de la serre bioclimatique

L'emplacement et l'intégration à l'espace habité

La quantité de chaleur reçue par la serre bioclimatique dépend de beaucoup de paramètres. L'un de ses éléments est l'emplacement de la serre.

Le souhait d'intégrer une serre bioclimatique est généralement motivé par sa fonction thermique. Mais elle est aussi un élément architectural important de la maison et va structurer la forme de la maison.  

Pour définir l'emplacement de la serre, vous devez prendre en compte l'environnement immédiat autour de la future maison. La serre est majoritairement composée de surfaces vitrées, pour votre confort futur, évitez de placer la serre à un endroit où le vis-à-vis sera important.

La serre bioclimatique doit capter le maximum de rayons du soleil en hiver et éviter au maximum les pertes de chaleur. Elle doit aussi faciliter la transmission de la chaleur vers l'intérieur de la maison. C'est pourquoi, une serre accolée à la maison, comme un ajout postérieur est assez peu efficace.

Il existe 3 possibilités pour positionner la serre bioclimatique par rapport au reste de l'habitation :

• Serre accolée (ou en applique, ou en épi) : c'est la forme la moins performante toutes saisons confondues car la serre subit trop de déperditions de chaleur et manque de surface d'échange avec la maison
• Serre encastrée : c'est la forme la plus performante car elle permet d'optimiser la surface qui capte la chaleur tout en diminuant la surface de déperdition de chaleur qui sert à augmenter la surface d'échange avec la maison.  Elle a également un intérêt en terme de coûts car une seule des façades est "technique" et elle ne nécessite pas de saillie sur la maison
• Serre en angle ou semi-encastrée : C'est une solution intermédiaire entre les 2 premières en terme de performance.

La serre encastrée est 2 fois plus performante qu'une serre en angle ou semi-encastrée et 3 fois plus qu'une serre accolée.

S'il n'est pas possible de construire une serre encastrée, il est possible de jouer sur les volumes avec la majorité des façades vitrées au sud ou rendre opaque les façades latérales.

L'orientation de la serre bioclimatique

Il est recommandé d'orienter la serre plein sud pour capter un maximum de lumière et de chaleur. Assurez-vous qu'aucun obstacle (bâtiment, arbre) ne projette de l'ombre sur la serre pendant la journée.

Un léger écart vers l'ouest ou l'est est également possible. Cela impactera la performance thermique de la serre mais une grande partie des rayons seront captés. Ainsi un écart de 20° réduira la performance de 5%, un écart de 40° réduira la performance de 20%.

L'exposition ne comprend pas uniquement l'exposition au soleil. Il faut aussi prendre en compte le vent. Ainsi regardez quels sont les vents dominants en hiver et le comportement des brumes matinales pour voir si l'orientation plein sud est la meilleure option pour votre maison ou si un écart est pertinent.

La forme de la serre : quels sont les différents types de serre bioclimatique ?

L'inclinaison du vitrage de la serre bioclimatique

La trajectoire du soleil n'est pas identique chaque jour de l'année, il faut donc positionner les surfaces vitrées de manière optimale pour capter le maximum de rayons du soleil chaque jour d'hiver.

En pratique, pour déterminer l'inclinaison des surfaces vitrées, on ajoute 35° à la latitude de la ville où se situe la maison.

La latitude moyenne en France est de 46°. Ce qui donne une inclinaison de la surface vitrée de 81° (46+35 = 81)

Dans la majorité des cas, on va opter pour l'installation des surfaces vitrées à la verticale (90°) car le vitrage vertical est plus facile à installer, l'écart d'angle est assez faible ce qui fait qu'une vitre verticale sera presque aussi performante l'hiver et sera un peu meilleure en été.

Dans certaines régions, l'inclinaison de la vitre reste une meilleure option.

La forme de la serre en fonction de la zone géographique de la maison

La serre bioclimatique ayant un intérêt thermique, les variations de climat au sein de la France ont une incidence sur la forme la plus adaptée pour remplir son objectif.

Ainsi, on distingue 4 zones en France :

La dimension de la serre pour votre maison

La quantité de chaleur captée par la serre bioclimatique ne dépend par uniquement de son orientation et de sa forme. Elle dépend également de la taille de la surface vitrée et de sa profondeur.

La surface vitrée placée au sud est la principale surface qui va capter la chaleur. Sa surface (largueur x hauteur) doit idéalement représenter 20% de la surface plancher de la serre.

Si l'orientation de la surface captrice n'est pas le sud, elle recevra moins de chaleur et sera plus soumises aux déperditions thermiques ce qui va diminuer son rendement. Il faut donc prévoir une surface plus grande.

La profondeur de la serre va également avoir un impact sur sa performance. Plus elle est profondeur et plus la serre va demander une gestion active de la part des occupants pour réguler la chaleur et la ventilation. Idéalement, la serre bioclimatique doit faire entre 1,5 et 2,5m de profondeur.

Le choix des matériaux et des éléments de protections mobiles

Le choix des matériaux

Plusieurs matériaux peuvent être utilisés pour les surfaces destinées à capter l'énergie et pour la structure de la serre.

Les matériaux utilisés pour les surfaces captrices

Il existe 2 familles de matériaux transparents qui sont utilisés dans le cadre des serres bioclimatiques : les produits verriers et les produits synthétiques.

Les produits verriers :

• Le double vitrage est conseillé dans la majorité des cas car il est performant et peu coûteux
• Le verre renforcé (armé ou trempé) peut également être utilisé pour les surfaces inclinées ou les toitures  

Les produits synthétiques :

• Les films souples en polyéthylène ou le PVC : moins coûteux mais ils ont une durée de vie et des propriétés mécaniques limitées, ils perdent en transparence et ont un mauvais bilan environnemental
• Les plastiques rigides (type plexiglas ou altuglas ou polycarbonates) : ils vieillissent mieux et ont une meilleure résistance mécanique que le film souple ou le PVC mais il n'est pas complètement transparent.

Les matériaux utilisés pour la structure

On retrouve généralement 5 types de matériaux pour la construction d'une serre bioclimatique.

Le choix des éléments de protections mobiles

Les éléments de protections mobiles ont pour objectif de protéger la maison des déperditions de chaleur les nuits d'hiver et se protéger de la surchauffe l'été.

Dans la zone 1, on peut se contenter de vitres triples ou quadruples vitrages entre la maison et la serre ou d'équipement pour se protéger du soleil lors des grosses chaleurs.

Dans les autres zones, il est préférable d'ajouter des équipements d'isolation comme des volets roulants, des rideaux épais, des panneaux coulissants ...

Les équipements peuvent être placés :

• Sur la paroi qui sépare la serre du reste de la maison : la serre n'est alors pas habitable la nuit et la température peut y baisser fortement (mais la température de la maison reste constante)
• Derrière le vitrage extérieur : la serre reste habitable et la température baisse un peu la nuit car la paroi mitoyenne entre la maison et la serre va redistribuer une partie de la chaleur accumulée la journée dans la serre
• Entre la paroi vitrée et la paroi mitoyenne : l'isolation intermédiaire va permettre de garder une partie de la serre dans la maison et la température baissera moins.

Sur les équipements d'isolation, il est possible d'ajouter des éléments permettant d'automatiser le déploiement en fonction des saisons et des heures de la journée où vous en avez besoin.

La construction et l'usage de la serre bioclimatique

Comment se déroule la construction d'une serre bioclimatique ?

La mise en œuvre de votre projet de serre bioclimatique commence par la préparation du site. Cela implique le nettoyage du terrain, le nivellement et le marquage des fondations. Ensuite, la phase de construction commence avec la mise en place des fondations, suivie de l'installation de la structure de base.

Les murs et le toit vitrés sont ensuite installés, en veillant à inclure des ouvertures pour la ventilation et l'ombrage. Après la construction de la structure, l'aménagement intérieur est réalisé en fonction de vos besoins spécifiques. Il est recommandé de faire appel à un professionnel pour assurer une mise en œuvre correcte et conforme à la réglementation en vigueur.

Enfin, une fois que la serre est construite et aménagée, il est important de l'entretenir régulièrement pour optimiser son fonctionnement et sa durabilité.

Comment utiliser la serre bioclimatique ?

Comment garder la chaleur et la diffuser dans la maison ?

La serre permet de préchauffer l'air avant qu'il soit insufflé à l'intérieur de la maison. Il peut l'être par un système de ventilation ou vous pouvez le faire manuellement en ouvrant la serre sur l'espace habitable.

De même, le mur porteur qui sépare la serre de la maison va stocker de la chaleur qu'il redistribuera la nuit.

L'hiver, pour éviter de perdre la chaleur, il faut veiller à fermer la serre grâce aux systèmes d'isolation.

Comment refroidir la maison grâce à la serre bioclimatique ?

La serre permet de ventiler la maison. Elle est d'autant plus efficace si les ouvertures permettent une entrée d'air en bas et une sortie d'air en haut de la serre.

La serre va permettre de rafraichir la maison les nuits d'été afin d'éviter la surchauffe à l'intérieur. Et en journée, en fermant la communication entre la maison et la serre et en ventilant la serre pour que sa température reste proche de celle de l'extérieur, vous pourrez également contenir la température de la maison.